DE102006010248A1

DE102006010248A1 - Drehmomentübertragungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006010248A1
Application number: DE200610010248
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Groß (FH); Andreas Dipl.-Ing. Ratte
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Drehmomentübertragungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, welche wenigstens eine Kupplungseinrichtung, welche wenigstens eine Betätigungsvorrichtung aufweist, wobei ein Elektromotor im eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung entlastet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, welche wenigstens eine Kupplungseinrichtung und wenigstens eine Betätigungseinrichtung aufweist.

Solche Drehmomentübertragungsvorrichtungen sind bereits aus Kraftfahrzeugen mit automatisierten Antriebsstrang bekannt. In derartigen Antriebssträngen wird eine Kupplungseinrichtung automatisch betätigt. Es ist bekannt, solche Kupplungseinrichtungen mittels einer Steuereinheit anzusteuern und mittels hydraulischen, elektromechanischen, pneumatischen oder sonstigen Aktuatoren zu betätigen. Schaltvorgänge in einem solchen System werden entweder von einer Steuerung selbst initiiert und durchgeführt, oder können vom Fahrer selbst mittels eines Schalthebels oder auch Schaltwippen am Lenkrad ausgelöst werden. Die Kupplung wird zum Gangwechsel automatisiert ausgerückt, die Getriebeübersetzung in den Zielgang gewechselt und anschließend die Kupplung wieder eingerückt. bei herkömmlichen, sogenannten „normally closed" Systemen, wird die Kupplung durch einen Energiespeicher, meist eine Membranfeder, eingerückt gehalten und wird mittels eines Aktuators ausgerückt. Dazu wird im Falle eines elektromechanischen Aktuators der Elektromotor aktiviert, welcher über eine Ausrückeinrichtung entgegen der Kraft des Energiespeicher arbeitet und die Kupplung somit ausrückt. Um die Ausrückkräfte mittels kleiner und damit dynamischer Elektromotoren aufzubringen, ist dem Elektromotor ein Getriebe nachgeschaltet, welches über ein Ausrücklager die Ausrückkraft auf die drehende Membranfeder überträgt.

Es sind aber auch sogenannte „normally opened" Systeme bekannt, bei denen die Kupplungseinrichtung im nicht betätigtem Zustand ausgerückt ist. Hierbei wird die Membranfeder durch einen Einrückhebel ersetzt und zum Beispiel eine sogenannte Tangentialblattfeder wirkt derart, dass sie in einem nicht betätigtem Zustand der Kupplungseinrichtung diese ausrückt und ausgerückt hält. Bei solchen Systemen muss im Gegensatz zu „normally closed" Systemen die Kupplung aktiv eingerückt werden. Ein solches „normally opened" System ist beispielsweise aus der DE 101 01 598 A1 bekannt. Dieses System besteht aus einer Antriebseinrichtung welche mittels einer Betätigungsvorrichtung eine Kupplungseinrichtung aktiv einrückt. Nachteilig bei solchen Systemen ist die im Gegensatz zu „normally closed" Systemen weitaus größere Belastung des Einrücklagers und der Antriebseinrichtung. Während bei „normally closed" Systemen der Elektromotor und das Ausrücklager hauptsächlich beim Anfahren und Schalten belastet werden, muss im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit geschlossener Kupplung bei „normally opened" Systemen die Antriebseinrichtung die Kupplungseinrichtung mittels der Betätigungsvorrichtung aktiv geschlossen halten. Dies führt bei Verwendung von herkömmlichen Ausrücklagern innerhalb kürzester Zeit zum Ausfall derselben. Zudem wird auch der Elektromotor stark thermisch betastet, da er zur Übertragung der Einrückkraft bestromt bleiben muss, jedoch keine Arbeit verrichtet. Diese Nachteile des „normally opened" Systems gegenüber dem „normally closed" System sind zwar durch Verwendung von zum Beispiel keramischen Lagern und durch Einbau einer selbsthemmenden Betätigungsvorrichtung oder eines selbsthemmenden Motors minimierbar, stellen jedoch keine optimale Lösung des Problems dar.

Weiterhin sind aus der DE 102 35 906 Drehmomentübertragungseinrichtungen mit einer Betätigungseinrichtung und einer Kupplungseinrichtung bekannt, wobei die Betätigungsvorrichtung mit einem rotierenden Arretiermechanismus versehen ist, wodurch die Kupplungseinrichtung im eingerückten Zustand arretiert werden kann. Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, für automatisierte „normally opened" Systeme, das heißt, die Betätigungseinrichtung beaufschlagt während des Betriebs im eingerückten Zustand die Kupplung, die Betätigungseinrichtung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Elektromotor der Betätigungsvorrichtung ein Segmentzahnrad antreibt, und dass im eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung ein mit dem Segmentzahnrad verbundener Stößel sich in einer Übertotpunktlage befindet, und dass ein Anschlag des Segmentzahnrads an einem Anschlag eines stationären Gehäuses der Betätigungsvorrichtung in Anlage kommt, wodurch der Elektromotor im eingerücktem Zustand der Kupplungseinrichtung entlastet wird.

Vorteilhaft ist hierbei, dass sich die Einrückkraft über den Stößel am Getriebegehäuse abstützt und dass dadurch der Elektromotor im eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung entlastet wird und stromlos geschaltet werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlags sieht hierbei vor, dass der Anschlag vom Segmentzahnrad selbst gebildet wird. Es kann sich hierbei um eine gerade Anschlagfläche oder um eine andersartig gestaltete Form des Anschlags handeln. Vorzugsweise ist der Anschlag in der Ebene der Zähne des Segmentzahnrades angeordnet und weist einen nach innen zum Drehpunkt des Segmentzahnrades gerichteten Verlauf auf.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass die Betätigungsvorrichtung mindestens eine Kompensationsfeder aufweist, welche sich mit ihrem einen Ende am Gehäuse abstützt und mit ihrem anderen Ende am Segmentzahnrad angekoppelt ist.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung der Kompensationsfeder sieht vor, dass im ausgerückten Zustand der Kupplungseinrichtung die Kompensationsfeder sich in einer Übertotpunktlage befindet, und dass ein Anschlag des Segmentzahnrads an einem Anschlag eines stationären Gehäuses der Betätigungsvorrichtung in Anlage kommt. Vorteilhaft hierbei ist, dass dadurch die Betätigungvorrichtung im ausgerückten Zustand der Kupplungseinrichtung in einem stabilen Zustand gehalten wird, da die Kompensationsfeder weiter in Richtung Öffnen der Kupplungseinrichtung wirkt und das Segmentzahnrad gegen den Anschlag des Gehäuses der Betätigungsvorrichtung dreht, bzw. drückt.

Eine günstige Ausgestaltung sieht weiterhin vor, dass das Segmentzahnrad mindestens zwei Anschläge aufweist und dass das Gehäuse mindestens zwei dazu korrespondierende Anschläge aufweist. Die beiden Anschläge des Segmentzahnrades geben hierbei den maximalen Drehwinkel des Segmentzahnrades vor, wobei der eine Anschlag einer vollständig ausgerückten Kupplungseinrichtung entspricht und der andere Anschlag einer im Wesentlichen vollständig eingerückten Kupplungseinrichtung entspricht.

Ein wesentliches Merkmal der Drehmomentübertragungsvorrichtung ist, dass sich im eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung der Stößel in einer Übertotpunktlage befindet und dadurch die Rückstellkraft der Kupplungseinrichtung das Segmentzahnrad gegen den ersten Anschlag drückt und dass sich im ausgerückten Zustand der Kupplungseinrichtung die Kompensationsfeder in einer Übertotpunktlage befindet und dadurch das Segmentzahnrad gegen den zweiten Anschlag drückt.

Eine vorteilhafte Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass zum Einrücken der Kupplungseinrichtung von einem ausgerückten Zustand in einen eingerückten Zustand der Elektromotor das Segmentzahnrad antreibt und das die Kompensationsfeder gegen ihre Federkraft aus der Übertotpunktlage in eine Lage gebracht wird in welcher sie in Richtung Einrücken der Kupplungseinrichtung wirkt, wodurch der Elektromotor unterstützt wird.

Eine günstige Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung sieht vor, dass eine Verschleißausgleichsvorrichtung zum Ausgleichen des Verschleiß der Kupplungsscheibe vorgesehen ist. Vorzugsweise ist hierbei die Verschleißausgleichsvorrichtung in der Anpressplatte angeordnet. Eine weitere vorteilhafte Anordnung der Verschleißausgleichsvorrichtung sieht vor, dass diese in der Betätigungsvorrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist hierzu eine verschleißausgleichender Stößel vorgesehen, welcher bei abnehmender Dicke der Kupplungsscheibe seine Länge vergrößert.

Eine mögliche Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung sieht weiterhin vor, dass diese als Doppelkupplungseinrichtung mit zwei Kupplungsanordnungen ausgebildet ist. Vorzugsweise sind im Falle einer Doppelkupplungseinrichtung zwei Betätigungsvorrichtungen vorgesehen wobei jeweils eine Betätigungsvorrichtung eine Kupplungsanordnung unabhängig von der anderen betätigen kann. Hierzu können zwei separate Betätigungsvorrichtungen vorgesehen sein, oder aber es können in einem gemeinsamen Gehäuse zwei Betätigungsvorrichtungen angeordnet sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in den 1 und 2 dargestellt.
Es zeigen hierbei:
1 eine automatisierte Kupplungseinrichtung im ausgerückten Zustand.
2 eine automatisierte Kupplungseinrichtung im eingerückten Zustand.
Aus der 1 sind im wesentlichen die automatisierte Kupplungseinrichtung 1, und die Betätigungsvorrichtung 2 zu entnehmen. Die Kupplungseinrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus der Druckplatte 4, der Anpressplatte 5 und der Kupplungsscheibe 6. Die Anpressplatte 5 drückt mittels des Einrückhebels 7 die Kupplungsscheibe 6 gegen die Druckplatte 4. Der Einrückhebel 7 stützt sich an seinem radial äußeren Umfang am Kupplungsgehäuse 8 ab und liegt mit seinem radial inneren Umfang am ringförmigen Einrückelement 9 an. Das Einrückelement 9 ist axial verschiebbar auf der Getriebeeingangswelle 10 gelagert. Die Betätigungsvorrichtung 2 besteht im wesentlichen aus dem Elektromotor 24 und einem von der Schnecke 11 des Elektromotors und einem Segmentzahnrad 12 gebildeten Getriebe. Alternativ kann jedoch auch eine Stirnradverzahnung der abtriebswelle des Elektromoors zum Antreiben des Segmentzahnrades vorgesehen sein. In diesem Fall ist der Elektromotor im Wesentlichen rechtwinklig zum Segmentzahnrad angeordnet. Mit dem Segmentzahnrad 12 ist ein Ende eines Stößels 13 drehbar verbunden. Das andere Ende des Stößels greift an einem Ende einer schwenkbar gelagerten Einrückwippe 14 der Betätigungsvorrichtung 2 an. Die andere Seite der Einrückwippe stützt sich drehbar an einem Drehpunkt 15 des Getriebegehäuses ab. Die Einrückwippe wirkt zwischen ihren beiden Enden auf ein Einrücklager 16. Zwischen dem Einrücklager 16 und dem Einrückelement 9 befindet sich eine Ringfeder 17. Weiterhin ist am Segmentzahnrad 12 die Kompensationsfeder 32 mit ihrem einen Ende drehbar gelagert. Das zweite Ende Kompensationsfeder 32 stützt sich drehbar in einer dafür vorgesehenen Aufnahme des Gehäuses 26 der Betätigungsvorrichtung 2 ab. Im abgebildeten ausgerückten Zustand der Kupplungseinrichtung befindet sich die Kompensationsfeder 32 in einer Übertotpunktlage und drückt den Anschlag 31 des Segmentzahnrades 12 an den Anschlag 29 des Gehäuses. Die Kompensationsfeder 32 wirkt hierbei in Drehrichtung weiteres Ausrücken der Kupplungseinrichtung.
2 zeigt prinzipiell die Drehmomentübertragungsvorrichtung aus 1, jedoch in einem eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung 1. Der Stößel 13 hat durch Drehung des Segmentzahnrades 12 seinen Totpunkt durchfahren und befindet sich dadurch in einer Übertotpunktlage. Der Anschlag 30 des Segmentzahnrades 12 befindet sich in Anlage am Anschlag 28 des Gehäuses 26. Hierdurch stützt sich die Anpresskraft der Anpressplatte 5 über den Einrückhebel 7, das Einrückelement 9, das Einrücklager 16, die Einrückwippe 14, den Stößel 13 und das Segmentzahnrad 12 am Gehäuse 26 ab. Durch die Übertotpunktlage des Stössels 13 wird das Segmentzahnrad 12 weiter in Drehrichtung Einrücken durch die von der eingerückten Kupplungseinrichtung aufgebrachte Gegenkraft beaufschlagt. Der Elektromotor 24 wird dadurch komplett entlastet und kann stromlos geschaltet werden. Die Kompensationsfeder 32 hat bei Beginn des Einrückvorganges bei noch geöffneter Kupplungseinrichtung 1 ihren Totpunkt überschritten und drückt während des eigentlichen Einrückvorganges in Drehrichtung Einrücken der Kupplungseinrichtung wodurch der Elektromotor 24 beim Drehen des Segmentzahnrades 12 unterstützt wird. In einer alternativen Asgestaltung der Kupplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass das Einrücklager 16 direkt auf den Einrückhebel 7 wirkt, ohne dass ein separates Einrückelement 9 und eine Ringfeder 17 vorgesehen sind.

1: Kupplungseinrichtung
2: Betätigungsvorrichtung
4: Druckplatte
5: Anpressplatte
6: Kupplungsscheibe
7: Einrückhebel
8: Kupplungsgehäuse
9: Einrückelement
10: Getriebeeingangswelle
11: Schnecke
12: Segmentzahnrad
13: Stößel
14: Einrückwippe
15: Drehpunkt
16: Einrücklager
17: Ringfeder
21: Sicherungsring
23: Verschleißausgleich
24: Elektromotor
26: Gehäuse
28: Anschlag
29: Anschlag
30: Anschlag
31: Anschlag
32: Kompensationsfeder
34: Drehpunkt

Claims

Drehmomentübertragungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, umfassend: – wenigstens eine Kupplungseinrichtung (1), bestehend aus mindestens einer Anpressplatte (5), einer Druckplatte (4), einer zwischen Druckplatte und Anpressplatte angeordneten Kupplungsscheibe (6), sowie einem Einrückhebel (7), mittels welchem die Druckplatte gegen die Kupplungsscheibe gedrückt werden kann, – und wenigstens eine Betätigungsvorrichtung (2), bestehend aus mindestens einem Elektromotor (24), einem vom Elektromotor angetriebenen Drehteil (12), einem damit wirkverbundenem Stößel (13), welcher über eine Einrückwippe (14) und ein Einrücklager (16) mittelbar oder unmittelbar den Einrückhebel zum Einrücken der Kupplungseinrichtung (1) axial verschieben oder verschwenken kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehteil (12) als Segmentzahnrad ausgebildet ist und dass im eingerückten Zustand der Kupplungseinrichtung (1) der Stößel (13) sich in einer Übertotpunktlage befindet, und dass ein Anschlag (30) des Segmentzahnrades an einem Anschlag (28) eines stationären Gehäuses (26) der Betätigungsvorrichtung (2) in Anlage kommt, wodurch der Elektromotor im eingerücktem Zustand der Kupplungseinrichtung (1) entlastet wird.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (2) mindestens eine Kompensationsfeder (32) aufweist, welche sich mit ihrem einen Ende am Gehäuse (26) abstützt und mit ihrem anderen Ende am Segmentzahnrad angekoppelt ist.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ausgerückten Zustand der Kupplungseinrichtung (1) die Kompensationsfeder (32) sich in einer Übertotpunktlage befindet, und dass ein Anschlag (31) des Segmentzahnrads an einem Anschlag (29) eines stationären Gehäuses (26) der Betätigungsvorrichtung (2) in Anlage kommt.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Segmentzahnrad mindestens zwei Anschläge (30, 31) aufweist und dass das Gehäuse mindestens zwei dazu korrespondierende Anschläge (28, 29) aufweist.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einrücken der Kupplungseinrichtung (1) von einem ausgerückten Zustand in einen eingerückten Zustand der Elektromotor (24) das Segmentzahnrad (12) antreibt und das die Kompensationsfeder (32) gegen ihre Federkraft aus der Übertotpunktlage in eine Lage gebracht wird in welcher sie in Richtung Einrücken der Kupplungseinrichtung (1) wirkt, wodurch der Elektromotor unterstützt wird.