WO2015062604A1 - Reibungskupplung mit betätigungsvorrichtung - Google Patents

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Dirk Reimnitz
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    • F16D2021/0615—Double clutch with torque input plate in-between the two clutches, i.e. having a central input plate the central input plate is supported by bearings in-between the two clutches
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    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a friction clutch with actuating device, in particular for the drive train of a motor vehicle and a method for controlling.
  • Friction clutches are well known in the art. In this case, so-called single clutches and double clutches for manually operated transmissions and for automated transmissions are known.
  • the clutch actuation takes place with electro-mechanical electro-hydraulic actuators, wherein the friction clutch rotates and the actuator is arranged stationary. The contact area between the rotating system and the stationary system is exposed to a special wear.
  • the rotation is carried out by means of piezo actuators, which exercise with friction shoes in the circumferential direction a force for rotating the pressure plate on this.
  • the power transmission by means of the friction shoes is still capable of improvement.
  • An embodiment of the invention relates to a friction clutch with an actuator, the friction clutch has a pressure plate, a counter-pressure plate and a clutch cover, between pressure plate and counter-pressure plate, a clutch disc is receivable, wherein the pressure plate is annular, the actuator between the pressure plate and the clutch cover the pressure plate and on the Clutch cover each having a ramp device, for axial displacement of the pressure plate and the actuator further comprises an actuator for rotating the pressure plate in the circumferential direction relative to the clutch cover, wherein the actuator is supported between the two ramp devices.
  • the actuator has at least one expansion element and / or deformation element, which has at least one piezo element or a stack of piezo elements.
  • the actuator has at least one expansion element and / or deformation element, which has at least one piezo element or a stack of piezo elements.
  • the piezoelectric element has a layered structure.
  • the piezoelectric element has piezoelectric shear elements. As a result, a shear, ie a displacement substantially perpendicular to the normal direction can be achieved.
  • At least one of the ramp devices is formed by means of a spring assembly.
  • the spring assembly consists of spring plates which are smooth on one side and have projections on the other side or that smooth and contoured spring plates alternate. As a result, a sinusoidal modulation is advantageously achieved.
  • the spring packs are connected to the pressure plate.
  • the clutch cover is connected to a piston which can rotate relative to the clutch cover, wherein the cover-side ramps are arranged on the piston.
  • the pressure plate is formed radially inwardly with a centering sleeve, which is radially centered on the clutch cover or on the piston centering.
  • the actuating device has a plurality of ramp devices and / or a plurality of actuators. As a result, the force effect over the circumference of the clutch can be better distributed.
  • An embodiment of the invention relates to a method for actuating a friction clutch by means of an actuator, the friction clutch has a pressure plate, a counter-pressure plate and a clutch cover, wherein between the pressure plate and the counter-pressure plate, a clutch disc is receivable, wherein the pressure plate is annular, the actuator between the pressure plate and the clutch cover has a number of ramp devices for axial displacement of the pressure plate and the actuator further comprises a number of actuators for rotating the pressure plate in the circumferential direction relative to the clutch cover, wherein the actuators are actuated in the drive direction simultaneously and offset in the opposite direction to reset at least individual actuators be operated to each other.
  • An embodiment of the invention also relates to a method for actuating a friction clutch by means of an actuator, the friction clutch has a pressure plate, a counter-pressure plate and a clutch cover, wherein between the pressure plate and the counter-pressure plate, a clutch disc is receivable, wherein the pressure plate is annular, the actuating device between the pressure plate and the clutch cover having a number of ramp devices, for axial displacement of the pressure plate and the actuator further comprises a number of paired actuators for rotating the pressure plate in the circumferential direction relative to the clutch cover, wherein at least the actuators of a pair are actuated offset from each other.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a double clutch
  • FIG. 2 is a sectional view of a single clutch
  • FIG. 3 shows a schematic representation for explaining the acting forces
  • FIG. 4 shows a schematic representation for explaining the acting forces
  • FIG. 5 shows a schematic illustration for explaining the acting forces
  • FIG. 6 shows a schematic illustration for explaining the acting forces
  • FIG. 7 a representation of the coupling with spring assembly
  • FIG. 8 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 9 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 10 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 11 is an illustration for explaining the rotation
  • FIG. 12 a representation for explaining the rotation
  • FIG. 13 shows a diagram for explaining the rotation
  • Figure 14 is a representation for explaining the rotation in another
  • FIG. 15 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 16 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 18 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 19 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 20 a representation for explaining the rotation
  • FIG. 21 is an illustration for explaining the rotation
  • FIG. 22 shows a diagram for explaining the rotation
  • FIG. 23 a representation for explaining the rotation
  • FIG. 24 shows a view of a pressure plate with centering sleeve
  • FIG. 25 shows an alternative actuating arrangement
  • FIG. 26 shows a diagram for explaining the activation
  • Figure 27 is a diagram for explaining the drive
  • Figure 28 is a diagram for explaining the control.
  • the double clutch 1 is designed as a friction clutch with two partial clutches 2, 3.
  • FIG. 2 shows a comparison of a single clutch 101 as a friction clutch with an actuating device 109 for the controlled actuation of the friction clutch 101.
  • 1 shows a double clutch 1, which is driven on the input side by a crankshaft 6 of a drive motor via a damper 7.
  • the input element of the double clutch 1 is a clutch cover 8, which is connected radially on the outside via a rivet connection 9 with a counter-pressure plate 10. With the rivet connection 9 and the clutch cover 1 1 of the second friction clutch 3 is connected.
  • a pressure plate 12, 13 is arranged, wherein in the clutch cover 8, 1 1, an actuator 4, 5 is provided, which is respectively supported on a ramp portion 16, 17 of the pressure plate 12, 13 in the axial direction , Upon rotation of the pressure plate 12, 13 relative to the clutch cover 8, 1 1, the pressure plate 12, 13 displaced in the axial direction. In this case, the pressure plate 12, 13 displaced in the axial direction towards the clutch disc 18, 19, which is acted upon by friction between the platen 10 and the respective pressure plate 12, 13.
  • the two clutch plates 18, 19 are radially inwardly via a toothing 20, 21 rotatably connected to a transmission input shaft 22, 23.
  • the actuating device 4, 5 is arranged axially adjacent to the annular pressure plate 12, 13 and is supported axially on the pressure plate 12, 13 and on the clutch cover 8,1 1.
  • the friction clutch 101 is arranged on a flywheel 103 as a counter-pressure plate, being arranged on the flywheel 103 as a counter-pressure plate of the clutch cover 104 by means of the fastening means 105 rotatably and connected.
  • the clutch cover 104 carries the pressure plate 106, wherein the actuator 109 is supported on the clutch cover 104 and on the pressure plate 106 in the axial direction.
  • an axially displaceable piston 107 is provided with a ramp device 1 10 between the clutch cover 104 and the actuator, wherein the piston 107 and the clutch cover by a plate assembly 1 1 1 are in frictional engagement with each other, but are rotatable relative to each other.
  • the pressure plate 106 Radially inside the pressure plate 106 is acted upon by a force storage device 1 12 opposite to the piston 107, so that the pressure plate 106 axially against the restoring force of the energy accumulator 1 12 relative to the piston 107 moves.
  • the force accumulator between the radially inner portion 1 13 of the piston and a cage 1 14 is clamped, wherein the cage 1 14 is radially inwardly connected to the pressure plate 106 or an associated disc 1 15.
  • the disk 1 15 is to the means of the rivet connection 1 16 radially outward with the pressure plate 106 and radially inwardly has an axially extending portion which is connected to the cage 1 14.
  • the pressure plate 106 moves in the axial direction, for example, toward the clutch disc 120.
  • the clutch disc 120 is rotatably connected radially inwardly with the teeth 121 with a transmission input shaft 122.
  • the actuator 109 is provided, which is arranged radially between the pressure plate 106 and the piston 107.
  • a self-reinforcing effect of an axially supported on the ramp device pressure plate is combined with an actuator which is equipped by means of piezoelectric elements.
  • the actuator with piezo elements hereinafter also referred to as a piezo actuator, can advantageously also be used for self-boosting single or double clutches.
  • the piezoelectric actuator and possibly also the relevant control unit, also called piezoelectric purity can be arranged directly between the clutch cover 8, 11, 104 or the piston 107 and a preferably freely rotating pressure plate 12, 13, 106, so that a total of very simple overall design is possible.
  • the pressure plate 12, 13, 106 is supported directly axially on the piezo elements of the actuator or the actuator.
  • the pad spring force of the lining suspension of the clutch disc 18, 19, 120 ensures the necessary normal force and thus sufficient friction between the pressure plate 12, 13, 106 and the piezo elements.
  • Additional springs can be used to open when the clutch
  • the actuator 4, 5, 109 also called actuator, is a simple and backlash-free connection between a rotatable relative to a clutch cover Kupp- pressure plate 12, 13, 106 and the clutch cover 8, 1 1 and a piston 107 connected thereto possible.
  • the actuator as a piezo actuator is further characterized by a high level of dynamics, whereby the clutch can be controlled in very small steps with only very small torque jumps of the transmittable torque of the clutch. This results in a high level of comfort, which is particularly advantageous in vehicles with automated transmission.
  • the piezoactuator can basically also be used for other movement and control tasks or related devices.
  • At least one pressure plate 12, 13, 106 axially displace, so that the relevant clutch disc 18, 19, 120 between the pressure plate 12, 13, 106 and the counter-pressure plate 10th , 103 is trapped. Due to the resulting friction, the torque transmission from the clutch 1, 101 on the clutch plate 18, 19, 120 allows.
  • the pressure plate displacement takes place through the piezoelectric elements, which are arranged axially behind the pressure plate 12, 13, 106 and between pressure plate 12, 13, 106 and clutch cover 8, 1 1 and piston 107.
  • the piezo elements 50, 51, 126 are supported directly or indirectly on the clutch cover 8, 1 1 or on an associated piston 107 and act on a ramp assembly 16, 17, 1 10, on the back of the clutch cover 8, 1 1 or attached to the piston 107 or molded.
  • the ramp arrangement can also be attached to the back of the printing plate or molded into the printing plate.
  • the centering of the pressure plate takes place radially inwardly through the disk 1 15, 49, 48 which is connected to the pressure plate and is received radially inward by the clutch cover 8, 11 or by the piston 107. Between the disc 48, 49, 1 15, a slide ring 47, 46, 1 17 is provided as a plain bearing.
  • the actuating device 4, 5, 109 such as piezo drive, consists of at least one, but advantageously of two, three or more piezo elements, which are arranged distributed on the circumference of the pressure plate or the clutch cover 8, 1 1 or the piston 107.
  • the piezo elements 50, 51, 126 consist partially or completely of shear elements, so-called piezoelectric shear elements. In such piezoelectric shear elements, the direction of movement of the piezoelectric material is orthogonal to the orientation of the electric field.
  • the piezo elements 50, 51, 126 are arranged on a ramp device 53, 54, 127, which is located directly or indirectly between the pressure plate 12, 13, 106 and the clutch cover 8, 1 1 or the piston 107.
  • the ramp devices 53, 54, 127 are aligned such that the movement of the shear piezo elements 50, 51, 126 acts tangentially to the ramp of the ramp device. Depending on the control of the piezo elements, these can turn the pressure plate up the ramp or turn the ramp down and thus close or open the coupling.
  • the pressure plate Since the pressure plate is rotatably mounted in the self-reinforced clutch relative to the rest of the clutch in the circumferential direction, it can occur that acting on the clutch circumferential accelerations rotate the pressure plate unintentionally. The risk may be appreciable if the clutch is open and the pressure plate is not under high axial load, since with open clutch, there are no high contact and friction forces between the pressure plate and the piezo elements, which can stabilize the pressure plate. To prevent that a circumferential acceleration an unwanted tangential movement or
  • the outer cover as the clutch cover 104 is firmly connected to the rest of the clutch and the inner cover as a piston 107 is rotatably supported but axially supported in the outer cover. All required for the drive of the printing plate components such as ramps, piezo elements, auxiliary springs and rotary transformer are attached to the inner lid 107.
  • the open clutch experiences a high circumferential acceleration, the outer cover 104 is also accelerated, but the inner cover 107 with all of its attached components can slip through its inertia relative to the outer cover 104.
  • the coefficient of friction between the two clutch covers is greater than between the clutch disc and the Printing plate. Since the contact pressure between the two clutch covers 104, 107 acts, it is then ensured at the same normal force and higher coefficient of friction that the relative movement does not occur between the clutch covers 104, 107, but between the pressure plate and the clutch disc.
  • the high coefficient of friction can be achieved between the clutch covers 104, 107 by a friction-increasing coating and / or a friction lining, for example as a sintered lining.
  • the frictional force between the clutch covers 104, 107 can also be increased by geometric measures such as corrugation, conical contact surfaces or as shown in FIG. 2 by mutually layered lamellas which increase the number of friction surfaces.
  • the principle with the rotatable inner lid 107 of course, also on double clutches according to Figure 1 transferable.
  • the centering of the printing plates takes place in the embodiments of Figures 1 and 2 by a centering sleeve which is fixed to the pressure plate and is radially inwardly connected via a bearing point with the clutch cover or another relative to the coupling radially fixed component.
  • the bearing can be realized for example by a sliding bearing or a rolling bearing.
  • the bearing allows both the rotational movement and the axial movement of the pressure plate and at the same time ensures an exact centering in the radial direction.
  • the centering sleeve also has the task of keeping away the thermal expansion effects of the pressure plate from the bearing point.
  • the centering sleeve 49 is located axially on the inner edge of the pressure plate 13 and is connected to three or more radially elastic connecting arms 80 with the pressure plate 13, see Figure 24.
  • the elastic connecting arms 80 hold the centering sleeve also during thermal expansion or when potting the pressure plate 13 in the Center.
  • the centering sleeve 49 can also be designed so that it does not need bending arms to follow elastically or plastically with its outer region of the printing plate movement.
  • One possibility is to move the pressure plate selectively jerky or swinging, for example radially and / or tangentially, to change the coefficient of friction in the ramp mechanism behind the pressure plate or the coefficient of friction between the clutch disc and the pressure plate.
  • the piezoelectric elements can be excited so that they themselves, the piezoelectric actuator, the Piezoant- riebsmechanismus and / or the clutch are put into resonance or resonance-like vibrations, for example, to change the friction conditions or to increase the step size or the speed of the drive
  • Piezoelectric elements with different directions of movement can also be combined in the piezoactuators in order, for example, to generate vibrations, to model the contact force or to generate micro-motions which are oriented perpendicular to the main movement direction and lower the coefficient of friction.
  • different piezotypes can be combined, such as axial and shear elements.
  • the piezo elements integrated into the coupling can also forward information to the clutch control.
  • the piezoelectric elements can detect the force which the pressure plate exerts on them.
  • the control scheme of the piezoelectric elements can be adapted to the real load and force direction in order to operate the piezo drive depending on the situation.
  • the piezo elements can also be used to determine the transmitted in the clutch engine torque and for detecting vibrations or plucking. Whether the piezo elements are used as the sole sensors or their signals are evaluated in interaction with other measured variables depends on the application.
  • piezoactuators are arranged on the circumference of the pressure plate, they can be used not only for rotating the plate, but also for centering.
  • individual piezo actuators can be displaced or individual actuators can be displaced a little further or shorter than the others when the pressure plate is rotated, so that the pressure plate is radially displaced and thus centered by this deviation.
  • the above-described centering sleeves could then also be omitted, take over the complete centering or serve as end stops for the pressure plate, which can Limit the maximum possible radial offset, while the exact centering is taken over by the piezo actuators.
  • a displacement sensor on the pressure plate is sensible, which detects the axial stroke and / or the torsional angle or twisting path.
  • FIGS. 3 to 6 show the acting forces by means of arrows
  • FIG. 4 shows the force ratio at a ramp of the pressure plate for p ⁇ a. This is the case when the coefficient of friction between the disc and the pressure plate is lower than the theoretical coefficient of friction to which the ramp angle is tuned.
  • FIG. 5 shows the force ratio at a ramp of the pressure plate for p> a. This is the case when the coefficient of friction between the disc and the pressure plate is greater than the theoretical coefficient of friction to which the ramp angle is tuned.
  • the friction angle p the coefficient of friction between the disc and the pressure plate exactly corresponds to the ramp angle a.
  • the resultant force FR from the frictional force FRB and the contact pressure FA then acts exactly normal to the ramp and to the contact surface of the piezoelement.
  • no forces thus act in the direction of the ramp, as a result of which the piezo elements can turn the pressure plate virtually without force.
  • the resulting force FR which exerts the pressure plate on the piezo elements, is no longer normal to the piezocontact surface, see FIGS. 4 and 5.
  • the piezo elements must exert additional forces in the direction of the ramp on the pressure plate in order to keep the pressure plate in the desired position. These forces are transmitted by friction between the piezo elements and the pressure plate and the piezo elements work against these forces FPR when rotating the pressure plate.
  • an additional spring device is provided, which lifts the pressure plate from the clutch lining and presses against the piezo elements.
  • This spring device hinders the rotational and axial movement of the pressure plate as little as possible or only slightly and advantageously exerts a resultant force normal to the contact surfaces of the piezoelectric element.
  • a rather flat spring characteristic with an axial force and torsion component is advantageous.
  • This type of characteristic curve can be achieved, for example, by the combination of a plurality of springs or, as shown in the exemplary embodiments, this can also be achieved with a single helical spring.
  • the appropriate ratio of axial and circumferential stiffness can be achieved with a screw, rotary or spiral spring by selecting the spring cross section.
  • springs whose wire cross-section in the axial direction is wider than in the radial direction, particularly suitable.
  • several springs may also be advantageous to install.
  • some of the axially acting springs can also be supported on tilting joints or on circumferentially sliding or rolling bearing points, so that their circumferential stiffness only reduces or does not enter into the additional spring force.
  • FIG. 6 shows schematically the forces which are present when the coupling is open.
  • a spring assembly 53, 54 is provided, which is stiff in the circumferential direction and soft in the normal direction to the ramp. Due to the spring action normal to the ramp, the piezo elements, if they are loaded differently, compress the spring assembly also to different degrees, whereby a lifting of individual piezo elements is avoided.
  • the circumferential rigidity has the advantage that the small circumferential movements of the
  • Piezo elements are not accidentally lost due to the elasticity, but continue to be used to drive the printing plate.
  • FIG. 7 shows the structure of the spring assembly.
  • a pressure plate 201 of a clutch 200 is arranged at a distance from a clutch cover 202.
  • the piezoelectric element 203 and a spring assembly 204 are arranged.
  • the spring assembly 204 is always alternately made of a flat spring steel sheet 205 and narrow ramp-oriented webs 206. Since the webs 206 arranged offset, the spring steel plates 205 bend under load approximately sinusoidal adjacent the webs and thus spring under the piezo elements 203 a. The additional metal layers between the pressure plate 201 and the piezo elements 203 also hinder the heat conduction and thus reduce the heat input into the piezo elements 203. For this purpose, alternatively or additionally, elements without spring action can be used for the insulation between the pressure plate 201 and the piezo elements 203.
  • the piezo element is on
  • the piezoelectric elements can also be connected to their spring assemblies, so that the relative movement takes place between the cover and the piezoelement or between the pressure plate and the spring assembly.
  • the described arrangements can also be designed correspondingly reversed, so that the piezoelectric element is connected to the clutch cover or to the pressure plate. If the spring assembly between the piezoelectric element and the component is arranged, which supports the piezoelectric element but no tangential sliding movement must perform relative to the piezoelectric element, the spring element can be significantly smaller.
  • FIG. 28 shows a further drive scheme, which is not based on the drive sequence of the individual piezo elements, but on the different movement speed of the piezo elements. With this principle, all piezo elements can be controlled synchronously and the same movement To run.
  • FIGS. 14 to 23 A further variant of a further exemplary embodiment is shown in FIGS. 14 to 23.
  • FIGS. 8 to 13 each show a pressure plate 301 which lies opposite a counter-pressure plate 302 and which receives the friction lining 303 of the clutch disk between them.
  • the piezoelectric elements 305 are arranged with a respective spring assembly 306.
  • the spring assemblies 306 are connected at their end regions in each case by means of a rivet 307 with the pressure plate 301.
  • the piezo element 305 is formed as a stack of layers. In this case, piezoelectric elements are preferably used, which can perform a shift, consist of two different or differently arranged piezoelectric layer types.
  • part of the piezoelectric element 305 can cause an axial movement (longitudinal effect) and the other part can make a shift ninety degrees (shear effect).
  • the combination of these two movements, the piezoelectric elements 305 can perform a running motion while moving the pressure plate 301.
  • FIG. 8 shows the stack of the respective piezoelectric element 305 without being deflected, so that the stack is arranged quasi as a cuboid on the left edge of the spring assembly 306 and is supported on the clutch cover 304 in the region of the ramp 308.
  • FIG. 9 shows the stack of the respective piezoelectric element 305 deflected, so that the stack has shifted in a parallelogram-like manner and thus has displaced the pressure plate 301 relative to the clutch cover 304 when the clutch cover 304 is stationary.
  • FIG. 10 shows an operating state in which, starting from the operating state of FIG. 9, the left piezoelectric element 305 is acted upon in such a way that it shears in the opposite direction. It pushes along the spring pack 306 along. While in both other piezo elements maintain their position.
  • FIG. 11 shows an operating state in which, starting from the operating state of FIG. 10, the middle piezoelectric element 305 is acted upon in such a way that it shears in the opposite direction. It pushes along the spring pack 306 along. While in both other piezo elements 305 maintain their respective position.
  • FIG. 12 shows an operating state in which, starting from the operating state of FIG. 11, the right piezoelectric element 305 is acted upon in such a way that it shears in the opposite direction. It pushes along the spring pack 306 along. While in both other piezo elements 305 maintain their respective position.
  • FIG. 13 shows an operating state in which, starting from the operating state of FIG. 12, all three piezo elements 305 shown are acted on in such a way that they in turn shear in the opposite direction. Thus, the pressure plate is in turn displaced relative to the clutch cover 304.
  • the procedure may be repeated several times in both the one direction and the other direction.
  • FIG. 26 The procedure is illustrated in the diagram of FIG. 26 for an actuating direction for rotating the printing plate in one direction.
  • the elements are designated there by A, B and C. It can be seen that first all elements are moved in one direction, then always one element is always moved back, while the other elements hold the position for supporting the pressure plate. Only when all piezo elements are back process, they move together again in one direction. The pressure plate is then moved again.
  • FIG. 27 explains the similar situation when turning back.
  • the Figure 14 shows a developed circumferential section through three ramps, each with two piezo actuators or piezo elements 405. To perform the running movement, two piezo elements 405 or two groups of otherwise synchronously operating piezo elements 405 are provided.
  • the piezoelectric element 405 is formed as a stack of layers.
  • piezoelectric elements are preferably used, which consist of two different or differently arranged piezoelectric layer types. Thereby, a part of the piezo element 405 can cause an axial movement (longitudinal effect) and the other part can make a shift ninety degrees thereto (shearing effect). By combining these two movements, the piezoelectric elements 405 can execute a running motion while moving the pressure plate 301. In the arrangement of the piezo elements, it is quite possible that one, two or more piezo elements 405 can be arranged on a ramp 408.
  • Figures 15 to 23 show the sequence of movement of the "running" Piezoaktuatoren or piezoelectric elements 405.
  • Figures 15 to 23 each show a pressure plate 401 and a clutch cover 402. Between the pressure plate 401 and the clutch cover 402, the piezo elements 405 on a ramp 403 and a ramp 404 on the clutch cover 402. In this case, the piezo elements 405 are each arranged in pairs per ramp 403, 404th
  • FIG. 15 shows the arrangement of the piezo elements 405 in the undeflected state, so that the piezo elements are arranged as a kind of parallelepiped on the left edge of the ramp 403 and are supported on the clutch cover 402 in the region of the ramp 404.
  • FIG. 16 shows the arrangement of the piezo elements 405 in a state in which in each case one piezo element 405 per pair, in this case the right piezo element per pair, is contracted so that it is lifted off the ramp 403.
  • FIG. 17 shows the arrangement of the piezoelectric elements 405 in a state in which the two piezoelectric elements are deflected in pairs in the opposite direction, wherein the lifted right piezoelectric element 405 moves to the right in the lower region relative to the pressure plate and the other touching the piezoelectric element to the left is. During the displacement, the piezoelectric elements touching the pressure plate move the pressure plate.
  • FIG. 18 shows how, starting from the state of FIG
  • Piezo element 405 is supported again on the pressure plate.
  • FIG. 19 shows the arrangement of the piezo elements 405 starting from the state of FIG. 18 in a state in which in each case one piezo element 405 per pair, here the left one Piezo element per pair, is contracted so that it is lifted from the ramp 403.
  • FIG. 20 shows the arrangement of the piezoelectric elements 405 in a state in which the two piezoelectric elements per pair are deflected in the opposite direction, starting from the deflection of FIG. 19, the lifted left piezoelectric element 405 being directed to the right in relation to the pressure plate in the lower region other piezoelectric element touching the printing plate is displaced to the left and the printing plate thereby moves to the left.
  • FIG. 21 shows the state in which the previously lifted piezo elements again touch the pressure plate in the laterally deflected state.
  • FIG. 22 shows the arrangement of the piezoelectric elements 405 in a state in which, starting from the state of FIG. 21 and the related lateral deflection, in each case one piezo element 405 per pair, in this case the right piezoelectric element per pair, is pulled together so that it exits from the ramp 403 is lifted.
  • FIG. 23 shows, starting from the state of FIG. 22, the arrangement of the piezoelectric elements 405 in a state in which the two piezoelectric elements per pair are deflected in opposite directions relative to the state of FIG. 23, with the lifted right piezoelectric element 405 facing the pressure plate in the lower region to the right and the other pressure plate touching piezoelectric element is displaced to the left.
  • the movement principles presented here serve to generate a longer movement from the very short movement range of the piezo elements 305, 405. This strategy of causing a continuous or interrupted prolonged movement from many small repetitive motions can also be used for other actuators that have similar characteristics as shear-piezoactuators.
  • FIG. 25 An example of this is shown in FIG. 25.
  • the movable contact surface is not formed by a piezoactuator but instead by a displaceably mounted component 501.
  • This component 501 is supported by two rolling elements 502 on the ramp contour 503 of the clutch cover 504 and is displaced in the direction of the ramp by a magnetostrictive actuator 505.
  • the pressure plate rotation is not generated by a shearing motion, but by a simple linear movement of the actuator 505, many other types of actuators can be used, such as electromagnets, shape memory materials, or Piezostapelaktoren.
  • the magnetostrictive actuator 505 shown in FIG. 25 consists of a rod 506 of magnetostrictive material located in an electrical coil 507.
  • the principle of operation of the Scherpiezoantriebe is described by the application of an operation of a clutch near the pressure plate.
  • the applications of the piezo drive are not limited to this type of application. In principle, it is disclosed to drive a body with piezo elements. In particular, if this body has one or more ramps as a contact surface, the drive concept is optionally also virtually unchanged transferable. But also rotary or linear drives can be realized if the piezo actuators act on cylindrical or flat contact surface. Thus, the Scherpiezoantrieb can also be used as an alternative to the electric motor. In vehicles, clutch actuation systems outside the clutch or gearbox are particularly suitable for this purpose. But other applications are conceivable for example, level control units in the chassis, actuator for differential locks, actuator for variable power take-offs, seat adjusters and windows or the like.

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Abstract

Reibungskupplung (1) mit einer Betätigungsvorrichtung (4, 5), die Reibungskupplung weist eine Druckplatte (12, 13), eine Gegendruckplatte (10) und einen Kupplungsdeckel (8, 11) auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe (18, 19) aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel an der Druckplatte und an dem Kupplungsdeckel jeweils eine Rampenvorrichtung (16, 17) aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin einen Aktuator aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei der Aktuator sich zwischen den beiden Rampenvorrichtungen abstützt.

Description

Reibungskupplung mit Betätigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit Betätigungsvorrichtung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zur Steuerung.
Im Stand der Technik sind Reibungskupplungen hinlänglich bekannt. Dabei sind sogenannte Einfachkupplungen und Doppelkupplungen für manuell betätigbare Getriebe und für automatisierte Getriebe bekannt. Die Kupplungsbetätigung erfolgt dabei mit elektro-mechanischen der elektro-hydraulischen Betätigungsvorrichtungen, wobei die Reibungskupplung rotiert und die Betätigungsvorrichtung ortsfest angeordnet ist. Der Kontaktbereich zwischen dem rotierenden System und dem ortsfesten System ist dabei einem besonderen Verschleiß ausgesetzt.
Es ist durch die ältere Anmeldung DE 10 2013 215 024 der Anmelderin eine Reibungskupplung mit integrierter Betätigungsvorrichtung bekannt geworden, bei welcher Rampen zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel vorgesehen sind, so dass bei relativer Verdrehung zwischen Druckplatte und Kupplungsdeckel eine axiale Verlagerung der Druckplatte erfolgt.
Die Verdrehung wird dabei mittels Piezoaktuatoren durchgeführt, die mit Reibschuhen in Umfangsrichtung eine Kraft zum Verdrehen der Druckplatte auf diese ausüben. Die Kraftübertragung mittels der Reibschuhe ist dabei noch verbesserungsfähig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Reibungskupplung mit Betätigungsvorrichtung zu schaffen, welche eine unkomplizierte Betätigung erlaubt und dennoch einfach und kostengünstig aufgebaut ist. Auch ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung zu schaffen.
Die Aufgabe der Erfindung bezüglich der Reibungskupplung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer Betätigungsvorrichtung, die Reibungskupplung weist eine Druckplatte, eine Gegendruckplatte und einen Kupplungsdeckel auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel an der Druckplatte und an dem Kupplungsdeckel jeweils eine Rampenvorrichtung aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin einen Aktuator aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei der Aktuator sich zwischen den beiden Rampenvorrichtungen abstützt.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn der Aktuator zumindest ein Ausdehnungselement und/oder Verformungselement aufweist, welches zumindest ein Piezoelement oder einen Stapel von Piezoelementen aufweist. Dadurch können je nach Zusammenstellung des Stapels verschiedene Eigenschaften miteinander kombiniert werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Piezoelement einen geschichteten Aufbau aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Piezoelement Piezoscherelemente aufweist. Dadurch kann eine Scherung, also eine Verlagerung im Wesentlichen senkrecht zur Normalenrichtung erreicht werden.
Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn zumindest eine der Rampenvorrichtungen mittels eines Federpakets gebildet wird. Dadurch kann eine vorteilhafte Eigenschaft bei der Abstützung des Piezoelements erreicht werden, in dem das Federpaket in gewissen Betriebssituationen auch nachgibt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Federpaket aus Federplatten besteht, die auf einer Seite glatt ausgebildet sind und auf der anderen Seite Vorsprünge aufweisen oder dass sich glatte und konturierte Federplatten abwechseln. Dadurch wird vorteilhaft eine sinusförmige Modulation erreicht.
Zur Stabilisierung ist es vorteilhaft, wenn die Federpakete mit der Druckplatte verbunden sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Kupplungsdeckel mit einem Kolben verbunden ist, welcher sich relativ zum Kupplungsdeckel verdrehen kann, wobei die deckelseitigen Rampen an dem Kolben angeordnet sind. Dadurch können Effekte aufgrund einer Reibkraft in Umfangsrichtung reduziert werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Druckplatte radial innen mit einer Zentrierhülse ausgebildet ist, welche sich radial innen an dem Kupplungsdeckel oder an dem Kolben zentrierend abstützt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Betätigungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rampenvorrichtungen und/oder eine Mehrzahl von Aktuatoren aufweist. Dadurch kann die Kraftwirkung über den Umfang der Kupplung besser verteilt werden.
Die Aufgabe der Erfindung zum Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 1 oder 12 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer Reibungskupplung mittels einer Betätigungsvorrichtung, die Reibungskupplung weist eine Druckplatte, eine Gegendruckplatte und einen Kupplungsdeckel auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel eine Anzahl von Rampenvorrichtungen aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Anzahl von Aktuatoren aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei die Aktuatoren in Antriebsrichtung gleichzeitig betätigt werden und in Gegenrichtung zum Zurücksetzen zumindest einzelne Aktuatoren versetzt zueinander betätigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft weiterhin auch ein Verfahren zur Betätigung einer Reibungskupplung mittels einer Betätigungsvorrichtung, die Reibungskupplung weist eine Druckplatte, eine Gegendruckplatte und einen Kupplungsdeckel auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel eine Anzahl von Rampenvorrichtungen aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Anzahl von paarweise angeordneten Aktuatoren aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei zumindest die Aktuatoren eines Paares versetzt zueinander betätigt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert: Dabei zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Doppelkupplung,
Figur 2 eine Schnittansicht einer Einfachkupplung,
Figur 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der wirkenden Kräfte,
Figur 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der wirkenden Kräfte,
Figur 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der wirkenden Kräfte,
Figur 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der wirkenden Kräfte,
Figur 7 eine Darstellung der Kupplung mit Federpaket,
Figur 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 9 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 10 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 1 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 12 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 13 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 14 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
Figur 15 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung, Figur 16 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 17 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 18 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 19 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 20 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 21 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 22 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 23 eine Darstellung zur Erläuterung der Verdrehung,
Figur 24 eine Ansicht einer Druckplatte mit Zentrierhülse,
Figur 25 eine alternative Betätigungsanordnung,
Figur 26 ein Diagramm zur Erläuterung der Ansteuerung,
Figur 27 ein Diagramm zur Erläuterung der Ansteuerung, und
Figur 28 ein Diagramm zur Erläuterung der Ansteuerung.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Doppelkupplung 1 mit den
Teilkupplungen 2 und 3, wobei jeder Teilkupplung 2, 3 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 4, 5 zugeordnet ist. Die Doppelkupplung 1 ist als Reibungskupplung mit zwei Teilkupplungen 2, 3 ausgebildet.
Die Figur 2 zeigt im Vergleich hierzu eine Einfachkupplung 101 als Reibungskupplung mit einer Betätigungsvorrichtung 109 zur gesteuerten Betätigung der Reibungskupplung 101 . Die Figur 1 zeigt eine Doppelkupplung 1 , die eingangsseitig von einer Kurbelwelle 6 eines Antriebsmotors über einen Dämpfer 7 angetrieben wird. Dabei ist das Eingangselement der Doppelkupplung 1 ein Kupplungsdeckel 8, welcher radial außen über eine Nietverbindung 9 mit einer Gegendruckplatte 10 verbunden ist. Mit der Nietverbindung 9 ist auch der Kupplungsdeckel 1 1 der zweiten Reibungskupplung 3 verbunden. In dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 ist jeweils eine Druckplatte 12, 13 angeordnet, wobei im Kupplungsdeckel 8, 1 1 auch eine Betätigungsvorrichtung 4, 5 vorgesehen ist, die sich jeweils an einem Rampenbereich 16, 17 der Druckplatte 12, 13 in axialer Richtung abstützt. Bei einer Verdrehung der Druckplatte 12, 13 relativ zu dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 verlagert sich die Druckplatte 12, 13 in axialer Richtung. Dabei verlagert sich die Druckplatte 12, 13 in axialer Richtung hin zur Kupplungsscheibe 18, 19, die zwischen der Gegendruckplatte 10 und der jeweiligen Druckplatte 12, 13 reibschlüssig beaufschlagt wird.
Die beiden Kupplungsscheiben 18, 19 sind radial innen über eine Verzahnung 20, 21 mit einer Getriebeeingangswelle 22, 23 drehfest verbunden.
Die Betätigungsvorrichtung 4, 5 ist axial benachbart zu der ringförmigen Druckplatte 12, 13 angeordnet und stützt sich axial an der Druckplatte 12, 13 und am Kupplungsdeckel 8,1 1 ab.
In Figur 2 ist die Reibungskupplung 101 auf einem Schwungrad 103 als Gegendruckplatte angeordnet, wobei auf dem Schwungrad 103 als Gegendruckplatte der Kupplungsdeckel 104 mittels des Befestigungsmittels 105 drehfest angeordnet und verbunden ist. Der Kupplungsdeckel 104 trägt die Druckplatte 106, wobei sich die Betätigungsvorrichtung 109 am Kupplungsdeckel 104 und an der Druckplatte 106 in axialer Richtung abstützt. Dabei ist zwischen dem Kupplungsdeckel 104 und der Betätigungsvorrichtung ein axial verlagerbarer Kolben 107 mit einer Rampenvorrichtung 1 10 vorgesehen, wobei der Kolben 107 als auch der Kupplungsdeckel durch eine Lamellenanordnung 1 1 1 miteinander in Reibverbindung stehen, jedoch relativ zueinander verdrehbar sind.
Radial innen ist die Druckplatte 106 über einen Kraftspeicher 1 12 entgegen des Kolbens 107 beaufschlagt, so dass sich die Druckplatte 106 entgegen der Rückstell kraft des Kraftspeichers 1 12 gegenüber dem Kolben 107 axial verlagert. Dazu ist der Kraftspeicher zwischen dem radial inneren Bereich 1 13 des Kolbens und einem Käfig 1 14 eingespannt, wobei der Käfig 1 14 radial innen mit der Druckplatte 106 oder einer damit verbundenen Scheibe 1 15 verbunden ist. Die Scheibe 1 15 ist dazu mittels der Nietverbindung 1 16 radial außen mit der Druckplatte 106 verbunden und weist radial innen einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bereich auf, welcher mit dem Käfig 1 14 verbunden ist.
Bei Verdrehung der Druckplatte 106 relativ zu dem Kupplungsdeckel 104 verlagert sich die Druckplatte 106 in axialer Richtung, beispielsweise hin zur Kupplungsscheibe 120. Dabei ist die Kupplungsscheibe 120 radial innen mit der Verzahnung 121 mit einer Getriebeeingangswelle 122 drehfest verbunden. Zur Verdrehung der Druckplatte 106 ist die Betätigungsvorrichtung 109 vorgesehen, die radial zwischen der Druckplatte 106 und dem Kolben 107 angeordnet ist.
Dabei wird vorteilhaft ein Selbstverstärkungseffekt einer auf der Rampenvorrichtung axial abgestützten Druckplatte mit einem Aktuator kombiniert, der mittels Piezoelementen ausgestattet ist. Der Aktuator mit Piezoelementen, im Weiteren auch als Piezoaktuator bezeichnet, kann vorteilhaft auch für selbstverstärkende Einfach- oder Doppelkupplungen zum Einsatz kommen. Der Piezoaktuator und ggf. auch die diesbezügliche Steuereinheit, auch Piezosteue- reinheit genannt, kann direkt zwischen dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 , 104 bzw. dem Kolben 107 und einer vorzugsweise frei drehenden Druckplatte 12, 13, 106 angeordnet sein, so dass insgesamt ein sehr einfacher Gesamtaufbau möglich ist.
Bei den gezeigten Reibungskupplungen stützt sich die Druckplatte 12, 13, 106 direkt axial an den Piezoelementen der Betätigungsvorrichtung bzw. des Aktuators ab. Gleichzeitig sorgt die Belagfederkraft der Belagfederung der Kupplungsscheibe 18, 19, 120 für die notwendige Normalkraft und damit für eine ausreichende Reibung zwischen der Druckplatte 12, 13, 106 und den Piezoelementen.
Zusätzliche Federn können verwendet werden, um bei offener Kupplung, wenn die
Belagfederung keine Kraft auf die Druckplatte 12, 13, 106 ausübt, genügend Kontaktkraft auf die Piezoelemente auszuüben. Da die maximalen Betätigungskräfte, welche die Piezoelemen- te bei offener Kupplung zum Verdrehen der Druckplatte aufwenden müssen, kleiner sind als die Maximalkräfte einer Moment übertragenden Kupplung, ist bei offener Kupplung auch keine große Kontaktkraft zwischen der Druckplatte 12, 13, 106 und den Piezoelementen erforderlich. Daher reichen vergleichsweise kleine und schwache Zusatzfedern aus.
Mit der Betätigungsvorrichtung 4, 5, 109, auch Aktuator genannt, ist eine einfache und spielfreie Verbindung zwischen einer relativ zu einem Kupplungsdeckel verdrehbaren Kupp- lungsdruckplatte 12, 13, 106 und dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 bzw. einem damit verbundenen Kolben 107 möglich. Der Aktuator als Piezoaktuator zeichnet sich weiterhin durch eine hohe Dynamik aus, wodurch die Kupplung in sehr kleinen Schritten mit nur sehr kleinen Drehmomentsprüngen des übertragbaren Drehmoments der Kupplung steuerbar ist. Dies bewirkt einen hohen Komfort, der insbesondere bei Fahrzeugen mit automatisiertem Getriebe vorteilhaft ist. Der Piezoaktuator ist grundsätzlich auch für andere Bewegungs- und Steueraufgaben bzw. diesbezügliche Vorrichtungen einsetzbar.
Um Drehmoment von einem Motor eines Kraftfahrzeugs auf das nachgeschaltete Getriebe übertragen zu können, ist mindestens eine Druckplatte 12, 13, 106 axial zu verlagern, so dass die diesbezügliche Kupplungsscheibe 18, 19, 120 zwischen der Druckplatte 12, 13, 106 und der Gegendruckplatte 10, 103 eingeklemmt wird. Durch die so entstehende Reibung wird die Drehmomentübertragung von der Kupplung 1 , 101 auf die Kupplungsscheibe 18, 19, 120 ermöglicht. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung 1 , 101 erfolgt die Druckplattenverlagerung durch die Piezoelemente, die axial hinter der Druckplatte 12, 13, 106 und zwischen Druckplatte 12, 13, 106 und Kupplungsdeckel 8, 1 1 bzw. Kolben 107 angeordnet sind.
Die Piezoelemente 50, 51 , 126 stützen sich direkt oder indirekt am Kupplungsdeckel 8, 1 1 bzw. an einem damit verbundenen Kolben 107 ab und wirken auf eine Rampenanordnung 16, 17, 1 10, die an der Rückseite des Kupplungsdeckels 8, 1 1 oder an dem Kolben 107 angebracht oder eingeformt ist. Alternativ kann die Rampenanordnung auch an der Rückseite der Druckplatte angebracht oder in die Druckplatte eingeformt sein.
Durch die Rampenanordnung 16, 17, 1 10 führt die Druckplatte 12, 13, 106, wenn sie von dem Piezomechanismus konzentrisch zur Kupplungsrotationsachse verdreht wird, eine Schraubenbewegung aus, durch die sie axial verlagert wird.
Die Zentrierung der Druckplatte erfolgt radial innen durch die mit der Druckplatte verbundene Scheibe 1 15, 49, 48, die radial innen von dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 bzw. von dem Kolben 107 aufgenommen ist. Zwischen der Scheibe 48, 49, 1 15 ist ein Gleitring 47, 46, 1 17 als Gleitlager vorgesehen.
Die Betätigungsvorrichtung 4, 5, 109, wie Piezoantrieb, besteht aus mindestens einem, vorteilhaft jedoch aus zwei, drei oder mehr Piezoelementen, die auf dem Umfang der Druckplatte bzw. des Kupplungsdeckels 8, 1 1 oder des Kolbens 107 verteilt angeordnet sind. Die Piezoelemente 50, 51 , 126 bestehen dabei teilweise oder vollständig aus Scherelementen, so genannten Piezoscherelementen. Bei solchen Piezoscherelementen ist die Bewegungsrichtung des Piezomaterials orthogonal zur Ausrichtung des elektrischen Felds.
Die Piezoelemente 50, 51 , 126 sind auf einer Rampenvorrichtung 53, 54, 127 angeordnet, das sich direkt oder indirekt zwischen der Druckplatte 12, 13, 106 und dem Kupplungsdeckel 8, 1 1 oder dem Kolben 107 befindet. Die Rampenvorrichtung 53, 54, 127 sind derart ausgerichtet, dass die Bewegung der Scherpiezoelemente 50, 51 , 126 tangential zur Rampe der Rampenvorrichtung wirkt. Je nach Ansteuerung der Piezoelemente können diese die Druckplatte die Rampe hoch verdrehen oder die Rampe runter verdrehen und so die Kupplung schließen oder öffnen.
Da es sich um eine selbstverstärkende Kupplung handelt, sind die wirkenden Kräfte, die von der Kupplungsscheibe und dem Piezoantrieb auf die Druckplatte ausgeübt werden besonders zu betrachten.
Da die Druckplatte bei dieser selbstverstärkten Kupplung relativ zum Rest der Kupplung in Umfangsrichtung verdrehbar gelagert ist, kann es auftreten, dass auf die Kupplung wirkende Umfangsbeschleunigungen die Druckplatte ungewollt verdrehen. Das Risiko ist gegebenenfalls nennenswert, wenn die Kupplung offen ist und die Druckplatte nicht unter hoher axialer Last steht, da bei offener Kupplung keine hohen Kontakt- und Reibkräfte zwischen der Druckplatte und dem Piezoelementen wirken, welche die Druckplatte stabilisieren können. Um zu verhindern, dass ein Umfangsbeschleunigen eine ungewollte Tangentialbewegung bzw.
Drehbewegung zwischen der Druckplatte und den Piezoaktuatoren bzw. dem Kupplungsdeckel hervorrufen, durch welche die Kupplung verstellt und möglicherweise sogar ungewollt geschlossen wird, ist bei der in Figur 2 dargestellten Einfachkupplung ein zweiteiliger Kupplungsdeckel vorgesehen. Der Außendeckel als Kupplungsdeckel 104 ist fest mit dem Rest der Kupplung verbunden und der Innendeckel als Kolben 107 ist drehbar aber axial abgestützt in dem Außendeckel gelagert. Alle für den Antrieb der Druckplatte erforderlichen Bauteile wie beispielsweise Rampen, Piezoelemente, Zusatzfedern und Drehübertrager, sind am Innendeckel 107 befestigt. Erfährt die offene Kupplung eine hohe Umfangsbeschleunigung wird zwar auch der Außendeckel 104 mitbeschleunigt, der Innendeckel 107 mit all seinen an im befestigten Bauteilen kann aber durch seine Trägheit gegenüber dem Außendeckel 104 durchrutschen. Dies reduziert die auf die Druckplatte 106 wirkende Beschleunigung, wodurch an der Rampe 1 10, keine ungewollte Relativverdrehung auftritt. Da sich zwischen Innen- und Außen- deckel 107, 104 keine Rampe befindet, führt eine Verdrehung zwischen diesen Teilen auch nicht zu einer axialen Verlagerung der Druckplatte 106, so dass diese Verdrehung für die Kupplung unproblematisch ist.
Um zu verhindern, dass sich die beiden Kupplungsdeckel 104, 107 bei geschlossener oder teilgeschlossener Kupplung relativ zueinander verdrehen und so die Drehmomentübertragung der Kupplung massiv gestört wird, ist es vorteilhaft, wenn der Reibwert zwischen den beiden Kupplungsdeckeln größer ist, als zwischen der Kupplungsscheibe und der Druckplatte. Da die Anpresskraft auch zwischen den beiden Kupplungsdeckeln 104, 107 wirkt, ist dann bei gleicher Normalkraft und höherem Reibwert sichergestellt, dass die Relativbewegung nicht zwischen den Kupplungsdeckeln 104, 107, sondern zwischen der Druckplatte und der Kupplungsscheibe auftritt. Der hohe Reibwert kann zwischen den Kupplungsdeckeln 104, 107 durch eine reibwerterhöhende Beschichtung und/oder einen Reibbelag, beispielsweise als Sinterbelag, erzielt werden. Alternativ kann die Reibkraft zwischen den Kupplungsdeckeln 104, 107 auch durch geometrische Maßnahmen wie eine Riffelung, konische Kontaktflächen oder wie in der Figur 2 dargestellt durch wechselseitig geschichtete Lamellen, die die Anzahl der Reibflächen erhöhen vergrößert werden. Das Prinzip mit dem drehbaren Innendeckel 107, ist natürlich auch auf Doppelkupplungen gemäß Figur 1 übertragbar.
Die Zentrierung der Druckplatten erfolgt bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 durch eine Zentrierhülse, die an der Druckplatte befestigt ist und radial innen über eine Lagerstelle mit dem Kupplungsdeckel oder einem anderen relativ zur Kupplung radial feststehenden Bauteil verbunden ist. Die Lagerstelle kann beispielsweise durch ein Gleitlager oder ein Wälzlager realisiert werden. Für die Funktion ist es zweckmäßig, wenn die Lagerstelle sowohl die Drehbewegung als auch die Axialbewegung der Druckplatte zulässt und gleichzeitig in Radialrichtung eine exakte Zentrierung sicherstellt. Die Zentrierhülse hat außer der radialen Positionierung der Druckplatte und dem Übertragen der Zusatzfederkraft auf die Druckplatte auch die Aufgabe die Wärmeausdehnungseffekte der Druckplatte von der Lagerstelle fernzuhalten.
Dazu liegt die Zentrierhülse 49 axial am Innenrand der Druckplatte 13 an und ist mit drei oder mehr radialelastischen Verbindungsarmen 80 mit der Druckplatte 13 verbunden, siehe Figur 24. Die elastischen Verbindungsarme 80 halten die Zentrierhülse auch beim thermischen Aufweiten oder beim Topfen der Druckplatte 13 in deren Zentrum. Alternativ kann die Zentrierhülse 49 auch so ausgelegt werden, dass sie keine Biegearme braucht, um mit ihrem Außenbereich der Druckplattenbewegung elastisch oder plastisch zu folgen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Druckplatte gezielt stoßweise oder schwingend, beispielsweise radial und/oder tangential, zu bewegen, um den Reibwert im Rampenmechanismus hinter der Druckplatte oder den Reibwert zwischen der Kupplungsscheibe und der Druckplatte zu verändern. Dabei kann eine Reibwertabsenkung durch den Wechsel vom Haftreibwert zu Gleitreibwert ausgenutzt werden. Durch stoßweise oder schwingende Bewegungen können die Piezoaktuatoren auch den Reibkontakt zwischen ihrem Reibelement und der Druckplatte oder den Reibkontakt eines anderen Aktuators beeinflussen. Darüber hinaus können die Piezoelemente so angeregt werden, dass sie selbst, der Piezoaktuator, der Piezoant- riebsmechanismus und/oder die Kupplung in Resonanz oder resonanzähnliche Schwingungen versetzt werden, um beispielsweise die Reibverhältnisse zu verändern oder die Schrittweite bzw. die Geschwindigkeit des Antriebs zu erhöhen. In den Piezoaktuatoren können auch Piezoelemente mit unterschiedlicher Bewegungsrichtung kombiniert werden, um beispielsweise Schwingungen zu erzeugen, die Kontaktkraft zu modellieren oder Mikrobewegungen zu erzeugen, die senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung orientiert sind und den Reibwert absenken. Dazu können auch unterschiedliche Piezotypen kombiniert werde, wie Axial- und Scherelemente.
Da Piezoelemente sowohl als Aktuatoren als auch als Sensoren nutzbar sind, können die in die Kupplung integrierten Piezoelemente, auch Informationen an die Kupplungssteuerung weiterleiten. Die Piezoelemente können beispielsweise die Kraft erfassen, welche die Druckplatte auf sie ausübt. Damit kann beispielsweise das Ansteuerschema der Piezoelemente an die reale Belastung und Kraftrichtung angepasst werden, um dem Piezoantrieb situationsabhängig betreiben zu können. Des Weiteren können die Piezoelemente auch zur Ermittlung des in der Kupplung übertragenen Motormoments und zum Erfassen von Schwingungen oder Rupfen genutzt werden. Ob die Piezoelemente dabei als alleinige Sensoren genutzt werden oder ihre Signale im Zusammenspiel mit anderen Messgrößen ausgewertet werden, hängt von Anwendungsfall ab.
Wenn mehrere Piezoaktuatoren am Umfang der Druckplatte angeordnet sind, können diese nicht nur zum Verdrehen der Platte, sondern auch zum Zentrieren genutzt werden. Beispielsweise können einzelne Piezoaktuatoren versetzt werden oder beim Drehen der Druckplatte einzelne Aktuatoren etwas weiter oder kürzer verschoben werden als die andern, damit durch diese Abweichung die Druckplatte gezielt radial versetzt und so zentriert wird. Je nach Anwendungsfall könnten dann die zuvor beschriebenen Zentrierhülsen auch entfallen, die komplette Zentrierung übernehmen oder als Endanschläge für die Druckplatte dienen, die den ma- ximal möglichen Radialversatz begrenzen, während die exakte Zentrierung von den Piezoak- tuatoren übernommen wird.
Um den Piezoaktuator und damit die Kupplung exakt steuern zu können, ist ein Wegsensor an der Druckplatte sinnvoll, der den Axialhub und/oder den Verdrehwinkel bzw. Verdrehweg er- fasst.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen anhand von Kräfte darstellenden Pfeilen die wirkenden
Kräfteverhältnisse, die symbolisch an Hand einer Rampe für verschiedene Betriebszustände dargestellt sind.
Figur 4 zeigt das Kräfteverhältnis an einer Rampe der Druckplatte für p<a. Dies ist der Fall, wenn der Reibwert zwischen der Scheibe und der Druckplatte geringer ist, als der theoretische Reibwert auf den der Rampenwinkel abgestimmt ist.
Figur 5 zeigt das Kräfteverhältnis an einer Rampe der Druckplatte für p>a. Dies ist der Fall, wenn der Reibwert zwischen der Scheibe und der Druckplatte größer ist, als der theoretische Reibwert auf den der Rampenwinkel abgestimmt ist.
Im Idealfall entspricht der Reibwinkel p, des Reibwerts zwischen Scheibe und der Druckplatte genau dem Rampenwinkel a. Wie die Figur 3 zeigt, wirkt dann die resultierende Kraft FR aus der Reibkraft FRB und der Anpresskraft FA genau normal zur Rampe und zur Kontaktfläche des Piezoelementes. Es wirken somit also keine Kräfte in Rampenrichtung, wodurch die Pie- zoelemente die Druckplatte quasi kraftfreien verdrehen können.
Ist der tatsächliche Reibwert größer oder kleiner als der Idealwert, so dass der Reibwinkel p nicht dem Rampenwinkel α entspricht, so steht die resultierende Kraft FR, die die Druckplatte auf die Piezoelemente ausübt, nicht mehr normal zur Piezokontaktfläche, siehe die Figuren 4 und 5. Dadurch müssen die Piezoelemente zusätzliche Kräfte in Rampenrichtung auf die Druckplatte ausüben, um die Druckplatte in der Sollposition zu halten. Diese Kräfte werden durch Reibung zwischen den Piezoelementen und der Druckplatte übertragen und die Piezoelemente arbeiten beim Verdrehen der Druckplatte gegen diese Kräfte FPR.
Die Kräftebilanzen der Figuren 3 bis 5 gelten lediglich für teilweise oder vollständig
geschlossene Kupplungen, bei welchen die Druckplatte Kontakt mit der Kupplungsscheibe hat. Damit der Piezoantrieb aber auch bei offener Kupplung funktioniert, wenn die Druckplatte nicht von der Scheibe gegen die Piezoelemente gedrückt wird, ist ein zusätzlicher Federvorrichtung vorgesehen, der die Druckplatte vom Kupplungsbelag abhebt und gegen die Piezoelemente drückt.
Diese Federvorrichtung behindert die Dreh- und Axialbewegung der Druckplatte möglichst nicht oder nur wenig und übt vorteilhaft eine resultierende Kraft normal zu den Kontaktflächen der Piezoelement aus. Um dies über den gesamten Bewegungsbereich möglichst genau zu erreichen, ist eine eher flache Federkennlinie mit einem Axialkraft- und Torsionsanteil vorteilhaft. Diese Art der Kennlinie lässt sich beispielsweise durch die Kombination mehrerer Federn erreichen oder wie auch in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist, kann dies auch mit einer einzelnen Schraubenfeder erreicht werden.
Das geeignete Verhältnis aus Axial- und Umfangssteifigkeit lässt sich bei einer Schrauben-, Dreh- oder Spiralfeder durch die Wahl des Federquerschnitts erreichen. In Kombination mit dem Piezoaktuator sind Federn, deren Drahtquerschnitt in Axialrichtung breiter ist als in Radialrichtung, besonders geeignet. Um eine in Relation zur Axialkraft sehr geringe Umfangsfe- derkraft zu erzielen, sind gegebenenfalls auch mehrere Federn vorteilhaft zu verbauen. Dabei können einige der axialwirkenden Federn auch auf Kippgelenken oder auf in Umfangsrichtung gleitenden oder abwälzenden Lagerstellen abgestützt werden, damit deren Umfangssteifigkeit nur reduziert oder gar nicht in die Zusatzfederkraft eingeht. Die Figur 6 zeigt schematisch die bei offener Kupplung vorliegenden Kräfte.
Werden mehrere Piezoelemente auf dem Umfang der Druckplatte verteilt angeordnet, so besteht die Gefahr, dass die wirkenden Kräfte nicht gleichmäßig verteilt sind und bei mehr als drei Elementen können einzelne starr abgestützte Piezoelemente durch geometrische Fehler sogar ungewollt völlig den Kontakt zu den Nachbarbauteilen verlieren.
Um dies zu verhindern ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 1 oder 2 an jeder Rampe ein Federpaket 53, 54 vorgesehen, das in Umfangsrichtung steif und in Normalenrichtung zur Rampe weich ist. Durch die Federwirkung normal zur Rampe können die Piezoelemente, wenn sie unterschiedlich belastet sind das Federpaket auch unterschiedlich weit zusammendrücken, wodurch ein Abheben einzelner Piezoelemente vermieden wird. Die Umfangssteifheit hat den Vorteil, dass die geringen Umfangsbewegungen der
Piezoelemente nicht ungewollt aufgrund der Elastizität verloren gehen, sondern weiterhin zum Antreiben der Druckplatte nutzbar sind.
Die Figur 7 zeigt den Aufbau des Federpakets. In Figur 7 bist eine Druckplatte 201 einer Kupplung 200 beabstandet von einem Kupplungsdeckel 202 angeordnet. Zwischen der Druckplatte 201 und dem Kupplungsdeckel 202 sind das Piezoelement 203 und ein Federpaket 204 angeordnet.
Das Federpaket 204 besteht immer abwechselnd aus einem flächigen Federstahlblech 205 und schmalen in Rampenrichtung orientierten Stegen 206. Da die Stege 206 versetzt angeordnet sich, biegen sich die Federstahlbleche 205 bei Belastung etwa sinusförmig benachbart der Stege durch und federn so unter den Piezoelementen 203 ein. Die zusätzlichen Blechschichten zwischen der Druckplatte 201 und den Piezoelementen 203 behindern auch die Wärmeleitung und reduzieren so den Wärmeeintrag in die Piezoelemente 203. Zu diesem Zweck können alternativ oder zusätzlich auch Elemente ohne Federwirkung zur Isolierung zwischen der Druckplatte 201 und den Piezoelementen 203 eingesetzt werden.
Bei dem in der Figur 7 abgebildeten Ausführungsbeispiel ist das Piezoelement am
Kupplungsdeckel befestigt und das Federpaket an der Druckplatte, so dass die Relativbewegung zwischen dem Piezoelement und dem Federpaket auftritt. Alternativ können auch die Piezoelemente mit ihren Federpaketen verbunden werden, so dass die Relativbewegung zwischen dem Deckel und dem Piezoelement oder zwischen der Druckplatte und dem Federpaket stattfindet. Die beschriebenen Anordnungen lassen sich auch entsprechend umgekehrt gestalten, so dass das Piezoelement am Kupplungsdeckel oder an der Druckplatte angebunden ist. Wenn das Federpaket zwischen dem Piezoelement und dem Bauteil angeordnet ist, das das Piezoelement abstützt aber keine tangentiale Gleitbewegung relativ zum Piezoelement ausführen muss, kann das Federelement deutlich kleiner ausfallen.
Das Bewegungsschema zwischen Druckplatte und Kupplungsdeckel bzw. zwischen
Druckplatte und Kolben gemäß Ausführungsbeispiel 1 ist in den Diagrammen der Figuren 26 und 27 und in den Figuren 8 bis 13 dargestellt. Das Diagramm der Figur 28 zeigt ein weiteres Ansteuerschema, das nicht auf der Ansteuerreihenfolge der einzelnen Piezoelemente beruht, sondern auf der unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeit der Piezoelemente. Bei diesem Prinzip können alle Piezoelemente synchron angesteuert werden und die gleiche Bewegung ausführen. Eine weitere Variante zu einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 14 bis 23 dargestellt.
Die Figuren 8 bis 13 zeigen jeweils eine Druckplatte 301 , welche einer Gegendruckplatte 302 gegenüber liegt und welche zwischen sich den Reibbelag 303 der Kupplungsscheibe aufnehmen. Zwischen der Druckplatte 301 und dem Kupplungsdeckel 304 sind die Piezoelemente 305 mit einem jeweiligen Federpaket 306 angeordnet. Die Federpakete 306 sind an ihren Endbereichen jeweils mittels eines Niets 307 mit der Druckplatte 301 verbunden. Das Piezoe- lement 305 ist als Stapel von Schichten ausgebildet. Dabei werden bevorzugt Piezoelemente verwendet, die eine Verschiebung ausführen können, aus zwei unterschiedlichen oder unterschiedlich angeordneten Piezoschichttypen bestehen. Dadurch kann ein Teil des Piezoele- mentes 305 eine Axialbewegung hervorrufen (Longitudinaleffekt) und der andere Teil kann eine Verschiebung neunzig Grad dazu ausführen (Schereffekt). Durch die Kombination dieser beiden Bewegungen, können die Piezoelemente 305 eine Laufbewegung ausführen und dabei die Druckplatte 301 bewegen.
Die Figur 8 zeigt den Stapel des jeweiligen Piezoelements 305 unausgelenkt, so dass der Stapel quasi als Quader am linken Rand des Federpakets 306 angeordnet ist und sich an dem Kupplungsdeckel 304 im Bereich der Rampe 308 abstützt.
Die Figur 9 zeigt den Stapel des jeweiligen Piezoelements 305 ausgelenkt, so dass der Stapel sich im Schnitt parallelogrammartig verschoben hat und damit bei feststehendem Kupplungsdeckel 304 die Druckplatte 301 relativ zum Kupplungsdeckel 304 verschoben hat.
Die Figur 10 zeigt einen Betriebszustand, in welchem ausgehend von dem Betriebszustand der Figur 9 das linke Piezoelement 305 derart beaufschlagt wird, dass es in die entgegengesetzte Richtung schert. Dabei schiebt es sich an dem Federpaket 306 entlang. Während bei beiden anderen Piezoelemente ihre Lage beibehalten.
Die Figur 1 1 zeigt einen Betriebszustand, in welchem ausgehend von dem Betriebszustand der Figur 10 das mittlere Piezoelement 305 derart beaufschlagt wird, dass es in die entgegengesetzte Richtung schert. Dabei schiebt es sich an dem Federpaket 306 entlang. Während bei beiden anderen Piezoelemente 305 ihre jeweiligen Lage beibehalten. Die Figur 12 zeigt einen Betriebszustand, in welchem ausgehend von dem Betriebszustand der Figur 1 1 das rechte Piezoelement 305 derart beaufschlagt wird, dass es in die entgegengesetzte Richtung schert. Dabei schiebt es sich an dem Federpaket 306 entlang. Während bei beiden anderen Piezoelemente 305 ihre jeweiligen Lage beibehalten.
Die Figur 13 zeigt einen Betriebszustand, in welchem ausgehend von dem Betriebszustand der Figur 12 alle drei gezeigten Piezoelemente 305 derart beaufschlagt werden, dass sie wiederum in die entgegengesetzte Richtung scheren. Damit wird die Druckplatte wiederum relativ zum Kupplungsdeckel 304 verlagert.
Die Verfahrensweise kann mehrfach sowohl in der einen Richtung als auch in der anderen Richtung wiederholt werden.
Die Verfahrensweise wird in dem Diagramm der Figur 26 für eine Betätigungsrichtung zur Verdrehung der Druckplatte in einer Richtung dargestellt. Als einzelne Piezoelemente sind dort die Elemente mit A, B und C bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass erst alle Elemente in eine Richtung bewegt werden, anschließend jeweils immer ein Element zurückbewegt wird, während die anderen Elemente die Position zur Abstützung der Druckplatte halte. Erst wenn alle Piezoelemente zurückverfahren sind, verfahren sie wieder gemeinsam in eine Richtung. Dabei wird die Druckplatte dann wieder bewegt. Die Figur 27 erläutert den ähnlichen Sachverhalt beim Zurückdrehen.
Die Abbildung 14 zeigt einen abgewickelten Umfangsschnitt durch drei Rampen mit jeweils zwei Piezoaktuatoren bzw. Piezoelementen 405. Um die Laufbewegung auszuführen, sind zwei Piezoelemente 405 oder zwei Gruppen von ansonsten synchron arbeitenden Piezoelementen 405 vorgesehen.
Das Piezoelement 405 ist als Stapel von Schichten ausgebildet. Dabei werden bevorzugt Piezoelemente verwendet, die aus zwei unterschiedlichen oder unterschiedlich angeordneten Piezoschichttypen bestehen. Dadurch kann ein Teil des Piezoelementes 405 eine Axialbewegung hervorrufen (Longitudinaleffekt) und der andere Teil kann eine Verschiebung neunzig Grad dazu ausführen (Schereffekt). Durch die Kombination dieser beiden Bewegungen, können die Piezoelemente 405 eine Laufbewegung ausführen und dabei die Druckplatte 301 bewegen. Bei der Anordnung der Piezoelemente besteht durchaus die Möglichkeit, dass ein, zwei oder mehr Piezoelemente 405 auf einer Rampe 408 angeordnet werden können. Ordnet man nur ein Piezoelement 405 pro Rampe 408 an, ist es vorteilhaft, wenn die Druckplatte 401 von den Piezoelementen 405 auf den Nachbarrampen abgestützt werden, wenn das Piezoelement 405 entlastet und versetzt wird. Bei zwei oder mehr Piezoelementen pro Rampe ist es sinnvoll, wenn dann auf jeder Rampe 408 immer mindestens ein Piezoelement 405 die Druckplatte 401 abstützt. Die Piezoelemente 405 auf den Nachbarrampen 408 führen die gleichen Bewegungen aus, wodurch der Bewegungsablauf dann unabhängig ist von der Rampenanzahl.
Die Abbildungen 15 bis 23 zeigen den Bewegungsablauf der„laufenden" Piezoaktuatoren bzw. Piezoelementen 405. Die Figuren 15 bis 23 zeigen jeweils eine Druckplatte 401 und einen Kupplungsdeckel 402. Zwischen der Druckplatte 401 und dem Kupplungsdeckel 402 sind die Piezoelemente 405 auf einer Rampe 403 und einer Rampe 404 auf dem Kupplungsdeckel 402. Dabei sind die Piezoelemente 405 jeweils paarweise angeordnet pro Rampe 403, 404.
Die Figur 15 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 im unausgelenkten Zustand, so dass die Piezoelemente quasi als Quader am linken Rand der Rampe 403 angeordnet sind und sich an dem Kupplungsdeckel 402 im Bereich der Rampe 404 abstützen.
Die Figur 16 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 in einem Zustand, in welchem jeweils ein Piezoelement 405 pro Paar, hier das rechte Piezoelement pro Paar, zusammengezogen ist, so dass es von der Rampe 403 abgehoben ist.
Die Figur 17 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 in einem Zustand, in welchem die beiden Piezoelemente pro Paar in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt sind, wobei das abgehobene rechte Piezoelement 405 im unteren Bereich gegenüber der Druckplatte nach rechts und das andere die Druckplatte berührende Piezoelement nach links verlagert ist. Während der Verlagerung bewegen die Piezoelemente, welche die Druckplatte berühren, die Druckplatte mit.
Die Figur 18 zeigt, wie ausgehend von dem Zustand der Figur 17 das abgehobene
Piezoelement 405 sich wieder an der Druckplatte abstützt.
Die Figur 19 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 ausgehend von dem Zustand der Figur 18 in einem Zustand, in welchem jeweils ein Piezoelement 405 pro Paar, hier das linke Piezoelement pro Paar, zusammengezogen ist, so dass es von der Rampe 403 abgehoben ist.
Die Figur 20 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 in einem Zustand, in welchem die beiden Piezoelemente pro Paar ausgehend von der Auslenkung der Figur 19 wiederum in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt sind, wobei das abgehobene linke Piezoelement 405 im unteren Bereich gegenüber der Druckplatte nach rechts und das andere die Druckplatte berührende Piezoelement nach links verlagert ist und die Druckplatte dabei nach links mitnimmt.
Die Figur 21 zeigt den Zustand, in welchem die zuvor abgehobenen Piezoelemente im seitlich ausgelenkten Zustand wieder die Druckplatte berühren.
Die Figur 22 zeigt die Anordnung der Piezoelemente 405 in einem Zustand, in welchem ausgehend von dem Zustand der Figur 21 und der diesbezüglichen seitlichen Auslenkung jeweils ein Piezoelement 405 pro Paar, hier das rechte Piezoelement pro Paar, zusammengezogen ist, so dass es von der Rampe 403 abgehoben ist.
Die Figur 23 zeigt ausgehend vom Zustand der Figur 22 die Anordnung der Piezoelemente 405 in einem Zustand, in welchem die beiden Piezoelemente pro Paar gegenüber dem Zustand der Figur 23 in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt sind, wobei das abgehobene rechte Piezoelement 405 im unteren Bereich gegenüber der Druckplatte nach rechts und das andere die Druckplatte berührende Piezoelement nach links verlagert ist.
Durch diese Abfolge entsteht eine Art des Laufens der Piezoelemente 405, so dass die Druckplatte 401 relativ zum Kupplungsdeckel 402 verdreht wird.
Die hier vorgestellten Bewegungsprinzipien dienen dazu, aus dem sehr kurzen Bewegungsbereich der Piezoelemente 305, 405 eine längere Bewegung zu erzeugen. Diese Strategie, aus vielen kleinen sich wiederholenden Bewegungen eine kontinuierliche oder unterbrochene längere Bewegung zu verursachen, lässt sich auch für andere Aktuatoren nutzen, die ähnliche Eigenschaften wie Scherpiezoaktuatoren haben.
Ein Beispiel hierfür zeigt die Figur 25. Bei der Rampenanordnung auch gemäß der Figuren 8 bis 13 wird die bewegliche Kontaktfläche nicht durch einen Piezoaktuator gebildet, sondern durch ein verschiebbar gelagertes Bauteil 501 . Dieses Bauteil 501 stützt sich mit zwei Wälzkörpern 502 an der Rampenkontur 503 des Kupplungsdeckels 504 ab und wird von einem magnetostriktiven Aktuator 505 in Rampenrichtung verschoben. Da bei diesem Aufbau die Druckplattenverdrehung nicht durch eine Scherbewegung, sondern durch eine einfache Linearbewegung des Aktuators 505 erzeugt wird, können auch viele andere Aktuatortypen verwendet werden, beispielsweise Elektromagnete, Formgedächtnismaterialien, oder Piezosta- pelaktoren. Der in Figur 25 gezeigte magnetostriktive Aktuator 505 besteht aus einem Stab 506 aus magnetostriktivem Material, der sich in einer elektrischen Spule 507 befindet.
Das Funktionsprinzip der Scherpiezoantriebe wird anhand des Anwendungsfalls einer Betätigung einer Kupplung nahe der Druckplatte beschrieben. Die Anwendungsmöglichkeiten des Piezoantriebs sind aber nicht auf diese Anwendungsart begrenzt. Prinzipiell wird dadurch offenbart, mit Piezoelementen einen Körper anzutreiben. Insbesondere wenn dieser Körper eine oder mehrere Rampen als Kontaktfläche aufweist, ist das Antriebskonzept gegebenenfalls auch nahezu unverändert übertragbar. Aber auch Dreh- oder Linearantriebe sind realisierbar, wenn die Piezoaktuatoren auf zylindrischen oder ebenen Kontaktfläche wirken. Somit kann der Scherpiezoantrieb auch als Alternative zum Elektromotor eingesetzt werden. In Fahrzeugen bieten sich dafür besonders Kupplungsbetätigungssysteme außerhalb der Kupplung oder auch Getriebesteller an. Aber auch andere Anwendungen sind denkbar für beispielsweise Niveauregulierungseinheiten im Fahrwerk, Steller für Differenzialsperren, Steller für variable Nebenabtriebe, Sitzversteller und Fensterheber oder ähnliches.
Bezuqszeichenliste Doppelkupplung
Teilkupplung
Teilkupplung
Betätigungsvorrichtung
Betätigungsvorrichtung
Kurbelwelle
Dämpfer
Kupplungsdeckel
Nietverbindung
Gegendruckplatte
Kupplungsdeckel
Druckplatte
Druckplatte
Rampenbereich
Rampenbereich
Kupplungsscheibe
Kupplungsscheibe
Verzahnung
Verzahnung
Getriebeeingangswelle
Getriebeeingangswelle
Gleitring
Gleitring
Scheibe
Scheibe
Piezoelement
Piezoelement
Federpaket
Federpaket
Einfachkupplung
Schwungrad
Kupplungsdeckel
Befestigungsmittel
Druckplatte 107 Kolben
109 Betätigungsvorrichtung, Piezoantrieb
1 10 Rampenvorrichtung
1 1 1 Lamellenanordnung
112 Kraftspeicher
1 13 innerer Bereich
1 14 Käfig
1 15 Scheibe
1 16 Nietverbindung
1 17 Gleitring
120 Kupplungsscheibe
121 Verzahnung
122 Getriebeeingangswelle
126 Piezoelemente
127 Rampenvorrichtung
200 Kupplung
201 Druckplatte
202 Kupplungsdeckel
203 Piezoelement
204 Federpaket
205 Federstahlblech
206 Steg
301 Druckplatte
302 Gegendruckplatte
303 Reibbelag
304 Kupplungsdeckel
305 Piezoelement
306 Federpaket
307 Niet
308 Rampe
401 Druckplatte
402 Kupplungsdeckel
403 Rampe
404 Rampe
405 Piezoelement
408 Rampe 501 Bauteil
502 Wälzkörper
503 Rampenkontur
504 Kupplungsdeckel
505 Aktuator
506 Stab
507 Spule

Claims

Patentansprüche
1 . Reibungskupplung (1 , 101 ) mit einer Betätigungsvorrichtung (4, 5, 109) , die Reibungskupplung weist eine Druckplatte (12, 13, 106), eine Gegendruckplatte (10, 103) und einen Kupplungsdeckel (8, 1 1 , 104) auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe (18, 19, 120) aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel an der Druckplatte und an dem Kupplungsdeckel jeweils eine Rampenvorrichtung (16, 17, 53, 54, 1 10) aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin einen Aktuator aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei der Aktuator sich zwischen den beiden Rampenvorrichtungen abstützt.
2. Reibungskupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zumindest ein Ausdehnungselement und/oder ein Verformungselement aufweist, welches zumindest ein Piezoelement oder einen Stapel von Piezoelementen aufweist.
3. Reibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement einen geschichteten Aufbau aufweist.
4. Reibungskupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement Piezoscherelemente aufweist.
5. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Rampenvorrichtungen mittels eines Federpakets gebildet wird.
6. Reibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket aus Federplatten besteht, die auf einer Seite glatt ausgebildet sind und auf der anderen Seite Vorsprünge aufweisen oder dass sich glatte und konturierte Federplatten abwechseln.
7. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federpakete mit der Druckplatte verbunden sind.
8. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsdeckel mit einem Kolben verbunden ist, welcher sich relativ zum Kupp- lungsdeckel verdrehen kann, wobei die deckelseitigen Rampen an dem Kolben angeordnet sind.
9. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte radial innen mit einer Zentrierhülse ausgebildet ist, welche sich radial innen an dem Kupplungsdeckel oder an dem Kolben zentrierend abstützt.
10. Reibungskupplung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung eine Mehrzahl von Rampenvorrichtungen und/oder eine Mehrzahl von Aktuatoren aufweist.
1 1 . Verfahren zur Betätigung einer Reibungskupplung mittels einer Betätigungsvorrichtung, die Reibungskupplung weist eine Druckplatte, eine Gegendruckplatte und einen Kupplungsdeckel auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel eine Anzahl von Rampenvorrichtungen aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Anzahl von Aktuatoren aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei die Aktuatoren in Antriebsrichtung gleichzeitig betätigt werden und in Gegenrichtung zum Zurücksetzen zumindest einzelne Aktuatoren versetzt zueinander betätigt werden.
12. Verfahren zur Betätigung einer Reibungskupplung mittels einer Betätigungsvorrichtung, die Reibungskupplung weist eine Druckplatte, eine Gegendruckplatte und einen Kupplungsdeckel auf, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte eine Kupplungsscheibe aufnehmbar ist, wobei die Druckplatte ringförmig ausgebildet ist, die Betätigungsvorrichtung zwischen der Druckplatte und dem Kupplungsdeckel eine Anzahl von Rampenvorrichtungen aufweist, zur axialen Verlagerung der Druckplatte und die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Anzahl von paarweise angeordneten Aktuatoren aufweist zur Verdrehung der Druckplatte in Umfangsrichtung gegenüber dem Kupplungsdeckel, wobei zumindest die Aktuatoren eines Paares versetzt zueinander betätigt werden.
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DE102009015151A1 (de) * 2008-04-17 2009-10-22 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Reibungskupplung mit Betätigungseinrichtung
DE102012206318A1 (de) * 2011-05-11 2012-11-15 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Selbstverstärkende Reibungskupplung
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