DE102010004860A1

DE102010004860A1 - Betätigungsvorrichtung für Drehmomentübertragungssystem

Info

Publication number: DE102010004860A1
Application number: DE102010004860A
Authority: DE
Inventors: Luben Krahtov
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Drehmomentübertragungssystem in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, bei dem die Reibkräfte an einer Kontaktstelle zwischen Betätigungshebel und Drehmomentübertragungssystem und damit die Betätigungshysterese reduziert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Drehmomentübertragungssystem in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems einstellbar ist, mit einem Hebelsystem, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung steht.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Drehmomentübertragungssystem, insbesondere eine Kupplung oder ein Getriebe, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einer Betätigungsvorrichtung mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems einstellbar ist, mit einem Hebelsystem, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung steht.
Das vorliegende Drehmomentübertragungssystem kann insbesondere als Kupplung oder Getriebe ausgebildet sein.
Ein Beispiel eines solchen Drehmomentübertragungssystems ist eine Kupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Eine Betätigungsvorrichtung einer Kupplung weist ein in der Regel linearverschiebbares Betätigungselement (wie ein Ausrücklager bzw. Einrücklager) auf. Dieses in der Regel linearverschiebbare Betätigungselement kann über einen Betätigungshebel (nachfolgend auch als ,Hebelelement' bezeichnet) betätigt werden, wobei der Betätigungshebel um eine (kupplungs-)aggregatsfeste Drehachse schwenkbar gelagert ist. Der Betätigungshebel weist einen Betätigungsabschnitt auf, der mit einer ersten Anlagefläche lose an einer zweiten Anlagefläche des Betätigungselementes anliegt. Allgemein betrachtet ist der Betätigungshebel mit dem Betätigungselement mittelbar oder unmittelbar wirkverbunden.
Das Drehmomentübertragungssystem umfasst zudem einen Aktor, beispielsweise ein Kupplungsaktor, der eine Kraft erzeugt, die mittels des Betätigungshebels an das Betätigungselement weitergeleitet wird, wodurch das Drehmomentübertragungssystem entsprechend betätigt wird. Hierbei wird der Betätigungshebel um dessen entsprechenden Lagerungspunkt verschwenkt, gekippt oder gedreht.
Zwischen dem Betätigungshebel und dem Betätigungselement tritt Reibung auf. Hierdurch ergibt sich eine Hysterese bei der Betätigung des Drehmomentübertragungssystems, welche sich negativ auf die Regelbarkeit/Steuerbarkeit des Drehmomentübertragungssystems auswirkt.
Des Weiteren entstehen radialwirkende Kräfte, welche in der jeweiligen Lagerung der Betätigungsvorrichtung aufgenommen werden müssen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung der Eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine deutliche Verringerung der Reibung an der Kontaktstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem erreicht und eine Minimierung der Radialkräfte auf das Abstützsystem der Betätigungsvorrichtung gewährleist ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Betätigungsvorrichtung für ein Drehmomentübertragungssystem (wie Kupplungs- oder Getriebebetätigungsvorrichtung) in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystem einstellbar ist, mit einem Hebelelement, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung steht, wobei eine Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung an einer Reibstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem zur Reduktion der Reibung an der Reibstelle vorgesehen ist.
Die Induzierung einer mechanischen Schwingung an der Reibstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem (d. h. insbesondere zwischen Betätigungshebel und Ein- bzw. Ausrücklager bei der Kupplung bzw. Schiebemuffe bei einem Schaltgetriebe) führt zu einer deutlichen Verringerung der Reibung sowie zu einer Minimierung der Radialkräfte auf eine die Betätigungsvorrichtung abstützende Führungshülse. Es ergibt sich zudem eine Verringerung des Verschleißes, des Stick-Slip-Effektes und der Betätigungshysterese aufgrund der Erzeugung der mechanischen Schwingung.
Die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung kann dabei derart angeordnet sein, dass die Schwingung direkt auf das Hebelelement übertragbar ist, so dass eine Relativbewegung an der Reibstelle zwischen Hebelelement und Drehmomentübertragungssystem erzeugbar ist. Insbesondere kann die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung unmittelbar am Hebelelement angeordnet sein, wodurch eine besonders einfache Art der Übertragung der Schwingung auf das Hebelelement realisierbar ist. Alternativ hierzu kann die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung die Schwingung an einem Auflagerungspunkt des Hebelelementes auf das Hebelelement übertragen.
Vorteilhaft ist insbesondere die Anregung des Hebelelementes mit einer hochfrequenten Schwingung. Dementsprechend kann die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung zur Erzeugung einer hochfrequenten Schwingung vorgesehen sein, mit der eine Mikrobewegung an der Reibstelle erzeugbar ist. Durch diese Anregung kommt es zu Mikrobewegungen an den Kontaktstellen zwischen den reibenden Elementen und entsprechend zu einer kurzzeitigen Erhöhung bzw. Verringerung der Druckkräfte zwischen den Bauteilen. Bei in Gleitreibung beweglichen Teilen wird dadurch effektiv eine deutliche Reduzierung der Reibkräfte erzwungen.
Die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung kann diese (Mikro-)Schwingung elektromagnetisch, piezoelektrisch, elektrostriktiv oder magnetostriktiv erzeugen.
Besonders bevorzugt ist die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung als piezoelektrischer Wandler, insbesondere als piezoelektrischer Mikroaktor, ausgebildet. Der Piezoaktor dient entsprechend zur Frequenzanregung zur Reduzierung der Reibkräfte bei in Gleitreibung beweglichen Teilen.
Die vorgenannte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Drehmomentübertragungssystem, insbesondere Kupplung oder (Schalt-)Getriebe, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einer Betätigungsvorrichtung mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems einstellbar ist, mit einem Hebelelement, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung steht und mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung an einer Reibstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem zur Reduktion der Reibung an der Reibstelle.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit Antriebsmotor, Kupplungsaggregat (als einem Beispiel eines Drehmomentübertragungssystems), Getriebe, nachgeschaltetem Antriebsstrang sowie Regel- bzw. Steuereinrichtungen,
2 ein als Schmiedeteil ausgebildetes Hebelelement (als einem Beispiel eines Betätigungshebels),
3 ein als Blechhebel aus Vollmaterial ausgebildetes Hebelelement,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Betätigungshebels mit an diesem angeordnetem Piezoaktor zur Frequenzanregung, und
5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Betätigungshebels mit an einer anderen Stelle angeordnetem Piezoaktor zur Frequenzanregung.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang, der einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 2, ein (Doppel-)Kupplungsaggregat 3 und ein Getriebe 4 aufweist. Über eine Antriebswelle 5 und ein Differential 6 werden die Räder 7 des Fahrzeuges 1 angetrieben. Sinngemäß kann es sich selbstverständlich auch um ein Fahrzeug mit einer oder mehreren anderen angetriebenen Achsen handeln.
Es ist eine Übersetzungswähleinrichtung 8, wie Wählhebel mit Sensor 9, und eine Steuereinrichtung 10, 11 als Blockschaltbild gezeigt. Die Steuereinrichtungen 10, 11 können als Einheit oder in baulich und/oder funktionell getrennten Teilbereichen ausgebildet sein, die beispielsweise über einen CAN-Bus 12 oder eine andere elektrische Verbindung zum Datenaustausch miteinander verbunden sind. Die Steuereinrichtungen 10, 11 steuern beispielsweise die automatisierte Betätigung des Getriebes 4 und/oder die zum (Doppel-)Kupplungsaggregat 3 gehörenden Kupplung 13, 14 oder den Motor 2, beispielsweise das Motormoment, die Wahl der Getriebeübersetzung, einer Parkstellung oder einer Neutralstellung des Getriebes 4 oder das von den Kupplungen 13, 14 jeweils übertragbare Drehmoment.
Die Kupplungen 13, 14 sind mittels einer Aktorik 15 vorzugsweise automatisiert betätigbar, wobei die Kupplungen 13, 14 voreinander unabhängig über die Betätigungshebel 26A, 26B betätigt werden können. Die Aktorik 15 zur Kupplungsbetätigung der Kupplungen 13, 14 kann in einer baulichen und/oder funktionellen Baueinheit oder in den einzelnen Kupplungen 13, 14 zugeordneten Teilbereichen ausgeführt werden.
Die Einrichtungen zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes umfassen zumindest die Getriebebetätigungseinrichtungen 16, 17, wobei jede der Getriebebetätigungs einrichtungen 16, 17 zur Betätigung einer Gruppe von Übersetzungsstufen vorgesehen ist, die jeweils einer der Kupplungen 13, 14 zugeordnet sind. insbesondere können die Gruppen der Übersetzungsstufen derart gebildet sein, dass die Übersetzungsstufen bezüglich ihrer Übersetzung eine Reihenfolge bilden, so dass benachbarte Übersetzungsstufen jeweils unterschiedlichen Kupplungen 13, 14 zugeordnet werden können. Das Doppel-)Kupplungsaggregat 3 ermöglicht somit eine für einen Lastschaltbetrieb notwendige Betätigung der Kupplungen 13, 14 in übergehendem Wechsel zur zugkraftunterbrechungsarmen oder zugkraftunterbrechungsfreien Schaltung.
Die Übersetzung des Getriebes 4 ist durch eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtungen 16, 17 veränderbar. Die Betätigungseinrichtungen 16, 17 können beispielsweise je zwei Anschlüsse zur Erzeugung einer Schalt- bzw. Wählbewegung umfassen.
Auch das Kupplungsaggregat 3 ist durch die Steuereinrichtung 10 mittels der Aktorik 15 automatisiert betätigbar.
Die Steuereinrichtung 10 empfängt Signale, die den Übertragungszustand der Kupplungen 13 und/oder 14 und die im Getriebe 4 eingestellten Übersetzungsverhältnisse wenigstens repräsentieren, sowie, falls erforderlich, Signale von einem Sensor 18 für die Antriebsdrehzahl und einem Sensor 9 an der Übersetzungswähleinrichtung 8. Diese Signale werden von Sensoren ermittelt, wie von Gangerkennungssensor oder von einem Kupplungswegsensor.
Die Getriebebetätigungseinrichtungen 16, 17 umfassen beispielsweise je zwei Elektromotoren, wobei ein erster Elektromotor zur Betätigung des Wahlvorganges und ein zweiter Elektromotor zur Betätigung des Schaltvorganges angesteuert werden. Hierzu wird mittels der Elektromotoren entlang der Wählstrecke bzw. der Schaltstrecke eine Verstelleinrichtung zumindest eines getriebeseitigen Schaltelementes betätigt.
Die Betätigungshebel 26A, 26B können beispielsweise als Schmiedehebel (wie in 2 gezeigt) oder als Blechhebel aus Vollmaterial (wie in 3 gezeigt) ausgebildet sein und dann einen Teil der in 1 gezeigten Aktorik 15 bilden, mit der die einzelnen Kupplungen 13, 14 vorzugsweise automatisiert betätigbar sind.
Gemäß dem vorliegenden (aber nicht als Einschränkung zu verstehenden Ausführungsbeispiel) sind die Kupplung 13, 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 im Grundzustand beide offen. Somit dienen vorliegend die zwei in 1 gezeigten Hebelelemente jeweils als ein sog. „Hebeleinrücker”. Alternativ könnte selbstverständlich eine der beiden Kupplungen oder könnten beide Kupplungen im Grundzustand geschlossen (also vorbelastet) ausgebildet sein. In diesem Falle wirken die Hebelelemente dann als „Hebeleinrücker” oder als „Hebelausrücker”.
Neben Doppelkupplungen kann der nachstehend beschriebene Ausrückhebel/Einrückhebel selbstverständlich auch für eine Einzelkupplung, für eine Schalteinrichtung in einem Getriebe oder für eine Bremseinrichtung oder für andere ähnliche Drehmomentübertragungseinrichtungen Anwendung finden.
Wie Eingangs dargelegt wird die vorliegenden Lehre insbesondere bei der Betätigung der (Trenn-)Kupplung(en) im Antriebsstrang von Fahrzeugen mit Schaltgetrieben eingesetzt und erzeugt eine deutliche Verringerung der Reibung zwischen dem Kupplungsbetätigungshebel bzw. den Kupplungsbetätigungshebeln und den Einrück- bzw. Ausrücklagern der Kupplung, insbesondere auch bei den Betätigungshebeln der Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes sowie eine Minimierung der Radialkräfte auf die (in den Fig. nicht gezeigte) Führungshülse, über welche sich die Betätigungsvorrichtung abstützt.
Dies wird durch eine Schwingungsanregung des Betätigungshebels mit einer insbesondere hochfrequenten Schwingung erreicht. Durch eine derartige Schwingungsanregung kommt es zu Mikrobewegungen in den Kontaktstellen zwischen reibenden Elementen (Betätigungshebel und Ausrück- bzw. Einrücklager) oder zu kurzzeitigen Erhöhungen oder Verringerungen der Druckkräfte zwischen den Bauteilen. Bei in Gleitreibung beweglichen Teilen wird dadurch effektiv eine deutliche Reduzierung der Reibkräfte erzwungen.
Eine derartige Schwingungsanregung kann dadurch ermöglicht werden, dass am Betätigungshebel ein Schwingungserzeuger 27, wie ein Piezoaktor, vorgesehen wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Dabei zeigt 4 ein solches Ausführungsbeispiel eines Betätigungshebels 26A, 26B mit einem an diesem unmittelbar angeordneten Piezoaktor 27.
Der Betätigungshebel 26A, 26B gemäß 4 ist als Gabelhebel ausgebildet, wobei die Lehre der vorliegenden Erfindung nicht auf eine derartige Ausbildung eines Gabelhebels beschränkt ist, sondern vielmehr sämtliche Ausbildungen eines derartigen Betätigungshebels abdeckt.
Entsprechend sind in 1 bis 3 Betätigungshebel mit geschlossenem Auge und dementsprechend innenliegender Kontaktstelle zum Ein- bzw. Ausrücklager aufgeführt. Auch sämtlichen weiteren Ausbildungsmöglichkeiten des Betätigungshebels, welcher vom jeweiligen Anwendungsfall und der Ausbildung der jeweiligen Kupplung abhängen, werden von der Lehre der vorliegenden Erfindung erfasst.
Gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wirkt der Betätigungshebel unmittelbar auf das Betätigungslager 28, wobei alternativ hierzu auch eine Schiebemuffe zwischen Betätigungshebel 26A, 26B und Ausrücklager 28 angeordnet sein kann.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Betätigungshebels 26A, 26B, der auf ein Betätigungslager 28 wirkt, wobei der Piezoaktor 27 an einer anderen Stelle des Betätigungshebels 26A, 26B angeordnet ist.
Im Anwendungsfall bei einer Kupplung wird das Einrück- bzw. Ausrücklager durch den Hebel 26A, 26B im Betätigungssystem auf Tellerfederzungen der Kupplung gedrückt, wodurch die Kupplung betätigt oder unter Volllast gehalten wird. Eine hochfrequente Anregung über den Piezoaktor 27 führt entsprechend zu einer Relativbewegung zwischen Betätigungshebel 26A, 26B und Ein- bzw. Ausrücklager 28.
Der Piezoaktor 27 stellt ein Beispiel eines miniaturisierten Aktors dar, welcher vorzugsweise zur Schwingungserzeugung genutzt wird.
Die vorliegende Lehre kann insbesondere bei jeder Kontaktstelle in einem Drehmomentübertragungssystem genutzt werden an der ein großer Verschleiß und hohe Reibkräfte vorliegen. Die entsprechende Reduzierung der Reibkräfte führt zu einer Steigerung der Effektivität des Drehmomentübertragungssystems und zu einer Minimierung des Verschleißes, des Stick-Slip-Effektes und zu einer Verbesserung der Hysterese bei jeder mechanischen Betätigung. Bei Verwendung eines derartigen Schwingungserregers kann beispielsweise auch auf bestimmte Gleitbeschichtungen oder auf die Verwendung teurerer Materialien verzichtet werden und es ergibt sich insbesondere auch die Möglichkeit der Verringerung des Bauraumes. Die vorliegende Lehre betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Drehmomentübertragungssystem in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, bei dem die Reibkräfte an einer Kontaktstelle zwischen Betätigungshebel und Drehmomentübertragungssystem und damit die Betätigungshysterese reduziert sind.

Claims

Betätigungsvorrichtung für ein Drehmomentübertragungssystem in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems einstellbar ist, mit einem Hebelelement, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung an einer Reibstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem zur Reduktion der Reibung an der Reibstelle.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung derart angeordnet ist, dass die Schwingung auf das Hebelelement übertragbar ist, so dass eine Relativbewegung an einer Reibstelle zwischen Hebelelement und Drehmomentübertragungssystem erzeugbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung unmittelbar am Hebelelement angeordnet ist, so dass eine Relativbewegung an einer Reibstelle zwischen Hebelelement und Drehmomentübertragungssystem erzeugbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung die Schwingung an einem Auflagerungspunkt des Hebelelementes auf das Hebelelement überträgt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung zur Erzeugung einer hochfrequenten Schwingung vorgesehen ist, mit der eine Mikrobewegung an der Reibstelle erzeugbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung die Schwingung elektromagnetisch, piezoelektrisch, elektrostriktiv oder magnetostriktiv erzeugt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung ein piezoelektrischer Wandler, insbesondere ein piezoelektrischer Mikroaktor, ist.
Drehmomentübertragungssystem, insbesondere Kupplung oder Getriebe, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einer Betätigungsvorrichtung mit der ein übertragbares Drehmoment des Drehmomentübertragungssystems einstellbar ist, mit einem Hebelelement, das mit dem Drehmomentübertragungssystem in Wirkverbindung ist, und mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung an einer Reibstelle zwischen Betätigungsvorrichtung und Drehmomentübertragungssystem zur Reduktion der Reibung an der Reibstelle.