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Die Erfindung betrifft eine Kupplung, wie eine kraftverstärkte Reibungskupplung, insbesondere für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen.
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Im Stand der Technik bekannte Kupplungen, wie insbesondere Reibungskupplungen oder selbstnachstellende verschleißnachstellende Reibungskupplungen, werden mittels eines Seilzugs oder mittels einer Betätigungshydraulik betätigt, wobei die Kraft zur Kupplungsbetätigung durch eine Pedalbetätigung per Fuß erfolgt. Bei pedalgesteuerten Kupplungssystemen muss die Kraft zur Betätigung der Kupplung vom Fahrer aufgebracht werden. Dies ist bei häufigen Kuppelvorgängen beispielsweise im Stau oder Stadtverkehr usw. gegebenenfalls lästig.
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Die benötigten Seilzüge oder Hydraulikleitungen beeinträchtigen auch die Gestaltungsfreiheit im Motor- bzw. Getrieberaum durch die Verlegung der für die Kraftübertragung notwendigen Hydraulikleitung oder des Seilzugs. Darüber hinaus ist die vom Fahrer aufzubringende Kraft entsprechend der Pedalkraftkennlinie in Verlauf und Kraft abhängig vom verwendeten Kupplungssystem. Die Art der Betätigung und der Kraftübertragung hat nur wenig Einfluss auf die Pedalkraftkennlinie.
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Alternativ zu den pedalbetätigten Kupplungssystemen gibt es auch elektrische Kupplungssysteme, bei welchen die Zugkraft am Seil oder die Druckkraft in der Hydraulikleitung durch einen Elektromotor erzeugt werden. Der Elektromotor ist dabei am Getriebe angebracht und weist Übertragungsmittel auf, um die Drehung der Motorwelle in eine ziehende oder drückende Bewegung umzusetzen. Elektrisch betätigte Kupplungssysteme, bei welchen ein Elektromotor als Aktuator verwendet wird, haben den Nachteil, dass der Elektromotor empfindlich ist und üblicher Weise außerhalb der Getriebeglocke bzw. des Getriebes angeordnet werden muss.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass die elektrische Energie zunächst in eine andere Energieform umgewandelt werden muss, wie in eine kinetische Energie der Motorwelle, welche dann die Energie zum Betätigen der Kupplung aufbringt. Dies bewirkt zusätzliche Verluste.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Kupplung zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und im Wesentlichen in einen vorgebbaren Bauraum einfügbar ist und hinsichtlich der Leistungsanforderung im Wesentlichen den gleichen Anforderungen genügt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem Kupplungsdeckel und einer Druckplatte zur Beaufschlagung eines Reibbelags gegen eine Gegendruckplatte, mit einer Rampeneinrichtung mit zwei sich gegenüberstehenden Rampenelementen, welche sich bei Relativverlagerung der Rampenelemente in axialer Richtung relativ zu einander verlagern, wobei die Rampeneinrichtung zwischen dem Kupplungsdeckel und der Druckplatte angeordnet ist zur axialen Beaufschlagung der Druckplatte, wobei eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Verlagerung eines Rampenelements gegenüber dem weiteren Rampenelement bewirkt, so dass eine axiale Verlagerung der Druckplatte bewirkt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung ein mit einem Rampenelement verbundenes Element aufweist, welches Teil einer Elektromaschine ist, so dass die Rampenelemente gegeneinander verlagerbar sind. Durch die Gestaltung der Kupplung mittels der verbundenen Elektromaschine, kann eine einfache Ansteuerung der Kupplung gewährleistet werden. Dabei kann die Elektromaschine beispielsweise ein Gleichstrommotor oder Wechselstrommotor sein, wie insbesondere ein permanenterregter Synchronmotor sein. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Permanentmagnete der Elektromaschine im Stator angeordnet sind.
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Diese Ausgestaltung kann relativ einfach und kostengünstig gestaltet werden, wobei die üblichen manuellen Betätigungselemente entfallen können, was die Kosten reduziert.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Elektromaschine einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei der Rotor mit dem einen Rampenelement verbunden ist. So kann der Rotor mit der Kupplung mitgedreht werden, während der Stator gehäusefest angeordnet ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Rotor und dem Stator ein elektrischer Drehübertrager vorgesehen ist. Dadurch kann eine günstige Bauraumsituation bei guter Effizienz erreicht werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Planetengetriebe vorgesehen ist, welches den Kupplungsdeckel, ein Rampenelement und das Element der Betätigungsvorrichtung miteinander koppelt. Dadurch kann eine Verstärkung der Betätigungsbewegung bzw. Betätigungskraft erzielt werden, was die Anforderungen an die Betätigungsvorrichtung wiederum reduziert.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Element der Betätigungsvorrichtung als Sonnenrad ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist. So kann eine geeignete Ansteuerung bei gleichzeitiger räumlich kleinem benötigtem Bauraum realisiert werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Kupplungsdeckel als Planetenträger ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist und dieser die Planetenräder des Planetengetriebes trägt, welche zur Übertragung zwischen der Betätigungsvorrichtung als Sonnenrad und einem Rampenelement als Hohlrad dient.
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Dazu ist es vorteilhaft, wenn eines der Rampenelemente als Hohlrad ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist. Dadurch kann eine günstige Bauraumaufteilung erzielt werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Rampenelement mit der Druckplatte einteilig ausgebildet ist. Dies bewirkt eine günstige Raumaufteilung und spart ein gesondertes Bauteil ein.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das weitere Rampenelement ein ringförmiges Element ist, welches mit dem Element der Betätigungsvorrichtung verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt dabei über das Planetengetriebe. Dadurch wird das eine Rampenelement gegenüber dem anderen Rampenelement verspannbar bzw. verschiebbar, wobei bei Vorliegen eines Planetengetriebes dieses die Verspannung bzw. Verschiebung unterstützt.
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Im nicht betätigten Zustand sind die beiden Rampenelemente unverspannt und in einen vordefinierten geöffneten Betätigungszustand eingestellt. Im stromlosen Zustand der Elektromaschine ist die Kupplung ausgerückt. Wird die Kupplung betätigt, so wird die Kupplung aus diesem Betätigungszustand in einen anderen Betätigungszustand überführt, wie beispielsweise in einen zumindest teilweise eingerückten oder vollständig eingerückten Zustand.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Drehübertrager eine erste Wicklung aufweist, welche mit dem Rotor zusammenwirkt und eine zweite Wicklung aufweist, welche mit dem Stator zusammenwirkt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigen:
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1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung, und
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2 ein translatorisches Modell der erfindungsgemäßen Kupplung.
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Die 1 zeigt eine Kupplung 1 mit einem Kupplungsdeckel 2, welcher an einer Gegendruckplatte 3, wie vorzugsweise an einem Schwungrad, drehfest befestigt ist. Der Kupplungsdeckel 2 umgreift eine Druckplatte 4, wobei zwischen Druckplatte 4 und Gegendruckplatte 3 zumindest ein Reibbelag 5 einer Kupplungsscheibe 6 angeordnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Kupplung 1 eine Mehrscheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe 6 mit mehreren radial außen angeordneten Lamellen 7 mit Reibbelägen 5. Dabei ist zwischen den Reibbelägen 5 jeweils eine Gegenlamelle 8 der Kupplung angeordnet. Die Lamellen 7 sind radial innen mittels eines Lamellenträgers 9 gehalten, der als ringförmiges Element mit axial sich erstreckendem Ring 10 ausgebildet ist, in welchen die Lamellen 7 radial innen eingehängt sind. Die Gegenlamellen 8 sind radial außen am Kupplungsdeckel 2 eingehängt und drehfest zu dem Kupplungsdeckel 2 angeordnet. Der Lamellenträger 9 ist radial innen über einen Dämpfer 11 mit der Nabe 12 verbunden, wobei der Lamellenträger 9 gegenüber der Nabe 12 in einem vorgebbaren Verdrehwinkel verdrehbar ausgebildet ist, wobei die Verdrehung entgegen der Rückstellkraft eines Kraftspeichers 13 erfolgt.
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Die Kupplung ist somit vorteilhaft als Reibungskupplung mit zumindest einer einfachen Kupplungsscheibe oder als Mehrscheibenlamellenkupplung ausgebildet.
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Zwischen dem Kupplungsdeckel 2 und der Druckplatte 4 ist eine Rampeneinrichtung 14 angeordnet, welche Rampenelemente 15, 16 aufweist, die gegenseitig geneigt sind, so dass bei einer Relativverschiebung der Rampenelemente diese sich in axialer Richtung verschieben. Zwischen den Rampenelementgen 15, 16 sind Wälzkörper 17 vorgesehen, um die Verschiebung der Rampenelemente 15, 16 im Wesentlichen reibungsfrei zu gestalten.
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Die Rampenelemente 15, 16 sind im Ausführungsbeispiel der 1 nicht mittels eines Kraftspeichers gegeneinander verspannt.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Rampenelemente jedoch auch mit Hilfe eines Kraftspeichers, wie eines Federelements oder einer Bogenfeder, mit einem Moment beaufschlagt sein, so dass die beiden Rampenelemente miteinander vorgespannt sind und im unbetätigten Zustand in dem geöffneten oder in dem ungeöffneten Zustand vorgespannt sind. Das Moment des Kraftspeichers könnte dabei auch durch ein Planetengetriebe zusätzlich verstärkt sein, wenn der Kraftspeicher nicht direkt an dem Rampenelement angreife würde, sondern über ein Planetengetriebe zwischen den Rampenelementen verschaltet wäre.
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Dabei ist das Rampenelement 16 radial innen mit einer Verzahnung 18 versehen, welches das Hohlrad bildet. Diese Verzahnung 18 wird von zumindest einem Planetenrad 19 gekämmt, welches an dem Kupplungsdeckel 2 gelagert ist. dabei ist der Kupplungsdeckel 2 als Planetenträger ausgebildet. Dazu weist der Kupplungsdeckel 2 Vorsprünge 20 auf, welche die Planetenräder 19 lagern. Radial innen ist das Sonnenrad 21 vorgesehen, welches die Verzahnung der Planetenräder 19 kämmt und eine axial abstehende Hülse 22 aufweist, welche mit dem Rotor 23 einer Elektromaschine 24 verbunden ist. Die Elektromaschine 24 weist ebenso einen Stator 25 auf, welcher drehfest angeordnet ist und beispielsweise mit einem nicht dargestellten Getriebegehäuse verbunden ist. Zwischen dem Stator 25 und dem Rotor ist ein Drehübertrager 26 vorgesehen, welcher zwei Wicklungen 27, 28 aufweist. Dabei ist die erste Wicklung 27 gegenüberliegend des Rotors 23 angeordnet und die zweite Wicklung 28 ist gegenüberliegend des Stators 25 angeordnet. Gesteuert wird die Elektromaschine 24 mittels der Steuereinheit 29.
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Die Elektromaschine 24 ist bevorzugt ein Gleichstrommotor oder Wechselstrommotor. Vorteilhaft ist ein bürstenloser Gleichstrommotor oder ein permanenterregter Synchronmotor, wobei die Permanentmagnete dann bevorzugt im Stator 25 angeordnet sind.
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Die Elektromaschine 24 ist koaxial zu einer Hohlwelle 30 angeordnet, welche sich mit der Getriebedrehzahl in dem Stator 23 der Elektromaschine 24 dreht. Die Ankerwicklungen des Motors sind auf dieser Hohlwelle 30 angebracht. Für die Energiezufuhr der Elektromaschine 24 wird ein Drehübertrager 26 verwendet, der ebenfalls Wicklungen 27, 28 auf der Hohlwelle 30 aufweist. Die Wicklungen 27, 28 des Drehübertragers 26 sind bevorzugt fest mit den Ankerwicklungen der Elektromaschine 24 verbunden. Die weiteren Wicklungen des Drehübertragers 26 sind an dem Getriebe 34, der Getriebeglocke oder ähnlichen feststehenden Bauteilen abgestützt und ordnen sich Koaxial zu der Hohlwelle an.
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Im stromlosen Zustand ist die Kupplung 1 geöffnet. Durch Anlegen eines Drehfelds an der stehenden Wicklung 28 des Drehübertragers 26 wird ein Strom in die Ankerwicklung der Elektromaschine 24 übertragen. Dadurch wird ein Bremsmoment in der Elektromaschine 24 erzeugt. Dies führt über den Planetensatz zu einem Verdrehen der Rampenelemente 15, 16 und somit zum Bewegen der Druckplatte 4 in Richtung auf die Gegendruckplatte auf der Sekundärseite. Beginnend wird nur ein geringes Bremsmoment zum Überwinden der Blattfederkräfte benötigt. Anschließend beginnt, bedingt durch die Reibung der Reibbeläge in der Kupplung 1, die Synchronisation von Getriebe- und Motordrehzahl. Die Differenzdrehzahl zwischen Stator 25 und Anker, wie Rotor 23, der Elektromaschine 24 nimmt ab und ein größeres Moment kann abgefragt werden.
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Die Steuerung des Drehfelds an dem Drehübertrager 26 ist abhängig von der Getriebedrehzahl, der Motordrehzahl, dem benötigten Bremsmoment an dem Sonnenrad, der Position des Ankers und der Position des Stators.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung verfügt über keine Parksperre da hierzu die Elektromaschine 24 ständig bestromt werden müsste. Das Starten des Verbrennungsmotors 33 ist unproblematisch möglich, da die Kupplung 1 bei inaktiver Betätigungsvorrichtung bzw. Elektromaschine 24 geöffnet ist.
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Die Druckplatte 4 bildet vorteilhaft einen Teil der Rampeneinrichtung 14 und ist durch Blattfedern 31 fest mit dem Kupplungsdeckel 2 verbunden. Das obere, verdrehbare Rampenelement 16 wird gegen den Kupplungsdeckel durch ein Axiallager 32 abgestützt. Die Verdrehung erfolgt über den Planetensatz des Planetengetriebes. Dieser hat die Aufgabe das Vorsteuermoment der Bremsvorrichtung, wie der Elektromotor, zu verstärken. Auch erfolgt darüber ein Massenausgleich zwischen dem oberen Rampenelement 16 und der Bremsvorrichtung. Dies verhindert das Bewegen der Kupplung bei Drehmomentstößen.
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Die 2 zeigt ein translatorisches Modell der erfindungsgemäßen Kupplung 1. Die Kupplung 1 weist einen Kupplungsdeckel 2 auf, welcher mit einem Verbrennungsmotor 33 verbunden ist. Zwischen dem Kupplungsdeckel 2 und einem Rampenelement 15 einer Rampeneinrichtung 14 ist eine Federanordnung 31 wie eine Blattfederanordnung, vorgesehen, welche das Rampenelement 15 im Wesentlichen drehfest an den Kupplungsdeckel 2 anbindet.
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Zwischen der Druckplatte 4, welche mit dem Rampenelement 15 einteilig ausgebildet ist, und der Getriebeeingangswelle 30 ist weiterhin eine Belagfeder 35 vorgesehen welche mit einem nicht dargestellten Reibbelag verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Kupplungsdeckel
- 3
- Gegendruckplatte
- 4
- Druckplatte
- 5
- Reibbelag
- 6
- Kupplungsscheibe
- 7
- Lamelle
- 8
- Gegenlamelle
- 9
- Lamellenträger
- 10
- Ring
- 11
- Dämpfer
- 12
- Nabe
- 13
- Kraftspeicher
- 14
- Rampeneinrichtung
- 15
- Rampenelement
- 16
- Rampenelement
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Verzahnung
- 19
- Planetenrad
- 20
- Vorsprung
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Hülse
- 23
- Rotor
- 24
- Elektromaschine, Elektromotor
- 25
- Stator
- 26
- Drehübertrager
- 27
- Wicklung
- 28
- Wicklung
- 29
- Steuereinheit
- 30
- Hohlwelle, Getriebeeingangswelle
- 31
- Blattfeder
- 32
- Axiallager
- 33
- Verbrennungsmotor
- 34
- Getriebe
- 35
- Belagfeder
