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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsaktor für eine Kupplung, wobei die Kupplung eine Klauenkupplung oder Schiebemuffe ist, eines Kraftfahrzeugs, eine Kupplungsanordnung, ein Kupplungsaggregat zum Betätigen von Kupplungen eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung.
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Bei Kupplungsaktoren für eine Kupplung, insbesondere für eine Klauenkupplung oder Schiebemuffe, mit einer Spindel, weist die Kupplung einen geringen Stellweg und eine geringe Axialkraft auf. Bei einem Fehlerfall der Kupplung, beispielsweise bei einem Verspannen der Kupplung, wird zum Lösen der Kupplung mindestens eine 10-fache Kraft der Normalkraft zum Lösen der Kupplung benötigt. Deshalb wird der Kupplungsaktor auf eine Maximalkraft mit einem maximalen Stellweg ausgelegt. Dadurch benötigt der Kupplungsaktor einen größerer Bauraum, da ein größerer Motor benötigt wird.
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Aus der
DE 10 2010 052 585 A1 ist eine Doppelkupplung mit einem Aktor bekannt geworden, der allgemein ein Übersetzungsgetriebe aufweist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Kupplungsaktor mit guten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, der einen kleinen Motor aufweist und in der Lage ist in Fehlerfällen die Kupplung zu Öffnen oder zu Schließen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Kupplungsaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Kupplungsaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 8, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsaktor für eine Kupplung, wobei die Kupplung eine Klauenkupplung oder Schiebemuffe ist, eines Kraftfahrzeugs, mit einer Bewegungsspindel zur Übertragung einer Kraft zum Schließen und Öffnen der Kupplung, einem elektrischen Motor zur Betätigung der Bewegungsspindel; und einem Schlagwerk zur schlagartigen Erhöhung der Kraft, wobei unterhalb einer Kraftschwelle zum Schließen und Öffnen der Kupplung die Bewegungsspindel über den elektrischen Motor betätigbar ist und das Schlagwerk oberhalb der Kraftschwelle, vorzugsweise bei einer nicht mehr ausreichenden Kraft der Bewegungsspindel zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, insbesondere bei einem Verspannen der Kupplung, aktivierbar ist.
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Durch eine Kombination des elektrischen Motors mit einem Schlagwerk kann auf eine einfache Weise ein Kupplungsaktor zur Verfügung gestellt werden, bei welchem unterhalb einer Kraftschwelle, beispielsweise bei einer Kraft von kleiner oder gleich 300 N, der elektrische Motor die Bewegungsspindel antreiben kann. Dadurch kann über die Bewegungsspindel ein Drehmoment des elektrischen Motors in eine Axialkraft umgewandelt werden, um die erforderliche Kraft zum Schließen und Öffnen der Kupplung zu übertragen. In einem Fehlerfall, beispielsweise ein Verspannen oder hohen Reibungen aufgrund von Verschmutzungen oder Rost, kann die Kraftschwelle überschritten werden, so dass die Bewegungsspindel über den elektrischen Motor nicht mehr genügend Kraft zum Betätigen der Kupplung zur Verfügung gestellt bekommt. Dadurch kann die die Kraftschwelle zum Betätigen der Kupplung überschritten werden und die Bewegungsspindel kann durch den Fehlerfall an einer weiteren Bewegung blockiert werden, während der elektrische Motor sich weiterhin drehen kann. Durch die Blockierung der Bewegungsspindel durch den Fehlerfall kann das Schlagwerk durch den elektrischen Motor aktiviert werden um die durch den elektrischen Motor übertragene Kraft für die Bewegungsspindel schlagartig zu erhöhen und dadurch die Kupplung zu lösen. Dabei ist das Schlagwerk derart ausgelegt, dass es höhere Kräfte zum Lösen der Kupplung zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise kann eine durch das Schlagwerk schlagartig erhöhte Kraft 2500 N betragen. Weiterhin kann das Losbrechmoment des Schlagwerkes geringfügig über dem Reibmoment der Bewegungsspindel zum Öffnen und Schließen der Kupplung liegen. Vorzugsweise kann mit Hilfe des Schlagwerkes ein Drehschlagimpuls in eine Bewegung an die Bewegungsspindel übertragen werden. Durch den Drehschlagimpuls kann in einer einfach realisierbaren konstruktiven Ausgestaltung eine Drehbewegung während einer kurzen Zeitspanne in eine Linearbewegung umgewandelt werden. Insbesondere ist es möglich, durch einen schlagartigen Kontakt einen Impuls des Schlagwerkes an die Bewegungsspindel zu übertragen, wodurch der Bewegungsspindel kurzzeitig eine höhere Kraft zur Verfügung gestellt werden kann. Nach der Impulsübertragung kann sich die Kupplung beispielsweise in einem Fehlerfall öffnen. Weiterhin kann durch die nichtlineare Übersetzung eine Antriebskraft des elektrischen Motors auf ein Vielfaches übersetzt werden, so dass die Anordnung auch für eine Vielzahl an Aktoren verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine derartige Ausgestaltung auch für Aktoren im gesamten Fahrzeugbereich, beispielsweise für Klauenkupplungen, Impulskupplungen, Parksperren, und auch außerhalb eines Fahrzeugs verwendet werden.
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Der Begriff Kraftschwelle beschreibt hierbei einen Grenzwert einer Kraft, die ausreicht um die Kupplung durch den elektrischen Motor und der Bewegungsspindel zu betätigen. Sobald die Kraftschwelle in einem Fehlerfall, beispielsweise bei einem Verspannen der Kupplung, überschritten wird, kann der elektrische Motor der Bewegungsspindel keine ausreichende Kraft zur Betätigung der Kupplung zur Verfügung stellen. Vielmehr wird die Bewegungsspindel an einer weiteren Bewegung blockiert, während der elektrische Motor sich weiterhin drehen kann. Auf diese Weise kann das Schlagwerk durch den elektrischen Motor aktiviert werden, so dass das Schlagwerk der Bewegungsspindel schlagartig eine erhöhte Kraft zur Verfügung stellen kann. Das Losbrechmoment und die Losbrechkraft zur Überwindung der Kraftschwelle kann gemäß den vorgegebenen Spezifikationen der Kupplung ausgelegt werden.
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Der Begriff Klauenkupplung beschreibt eine Bauform eines Maschinenelements zur Übertragung von Drehbewegungen beziehungsweise Drehmomenten. Die Klauenkupplung gehört zur Gruppe der formschlüssigen Kupplungen. Bei einer Klauenkupplung greifen zwei oder mehr Fortsätze an einem der beiden Wellenenden hinter entsprechende Verdickungen am gegenüberliegenden Wellenende und ermöglichen eine Momentübertragung durch Drehen. Klauenkupplungen können schaltbar ausgelegt werden. Dabei wird zumeist bei Stillstand der Maschine die Klaue einfach vom gegenüberliegenden Wellenende getrennt. Auf diese Weise kann eine Kupplung mit einer einfachen Bauformen von dem Kupplungsaktor angetrieben werden.
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Weiterhin kann durch eine Kombination eines elektrischen Motors mit einem Schlagwerk ein Direktantrieb mit einer sehr hohen Dynamik und geringer Gegenkraft, aufgrund des kleineren Motors, mit sehr hohen Übersetzungen und sehr hoher Kraft mit geringer Dynamik kombiniert werden. Die Umschaltung des Direktantriebs zu einer Verstärkung mit Schlagbetrieb kann hierbei kraftabhängig erfolgen, wodurch eine sehr genaue Einstellbarkeit erreicht werden kann. Dadurch kann die Funktion des Kupplungsaktors beispielsweise durch Verschleiß, Einbautoleranzen und/oder Positionsfehler nicht beeinflusst werden.
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Mit einem oben beschriebenen Kupplungsaktor, bei dem ein elektrischer Motor eine Bewegungsspindel betätigt und bei einem Fehlerfall der Kupplung schlagartig mit Hilfe eines Schlagwerks die Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung erhöhen kann, kann ein Kupplungsaktor zur Verfügung gestellt werden, der einen kleinen Motor aufweist und in der Lage ist in Fehlerfällen die Kupplung zu öffnen oder zu schließen.
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Es ist bevorzugt, dass bei einer nicht ausreichenden Kraft der Bewegungsspindel zum Öffnen oder Schließen der Kupplung das Schlagwerk über ein Antriebselement, insbesondere über eine V-Nut des Antriebselements, bewegbar ist, wobei das Antriebselement eine elastisches Element, insbesondere eine Feder, aufweist zur Bereitstellung einer Federkraft zur Beschleunigung des Schlagwerks in Richtung der Bewegungsspindel zum Öffnen oder Schließen der Kupplung durch ein Anschlagen an der Bewegungsspindel. Insbesondere kann mit Hilfe des Schlagwerks ein Drehimpuls in eine Bewegung an die Bewegungsspindel übertragen werden. Durch den Drehschlagimpuls kann in einer einfach realisierbaren Ausgestaltung eine Drehbewegung während einer kurzen Zeitspanne in eine Linearbewegung umgewandelt werden. Geeignete Konstruktionen für eine derartige Ausgestaltung sind beispielsweise von einer Schlagbohrmaschine bekannt, wie beispielsweise in
DE 20 200 6014 850 dargestellt. Insbesondere ist es möglich, durch einen schlagartigen Kontakt einen Impuls des Schlagwerkes an die Bewegungsspindel zu übertragen, wodurch der Bewegungsspindel kurzzeitig eine höhere Kraft zur Verfügung gestellt werden kann. Nach der Impulsübertragung kann sich die Kupplung beispielsweise in einem Fehlerfall öffnen. Weiterhin kann das Antriebselement anstatt einer V-Nut auch eine Kugel-Rampe oder eine Gleitrampe aufweisen. Vorzugsweise kann das Schlagwerk gegen eine Federkraft von der Bewegungsspindel in axialer Richtung weg bewegt werden und mit Hilfe der Federkraft auf ein mit der Bewegungsspindel verbundenes Abtriebselement reibschlüssig angepresst werden. Durch die Bewegung des Schlagwerks gegen die aufgebrachte Federkraft kann in dem entsprechenden elastischen Element Energie gespeichert werden, die beim Anschlagen des Schlagwerks an das Abtriebselement wieder abgegeben werden kann. Die V-Nut, Kugelrampe oder Gleitrampe können dabei in eine axiale Richtung weg von der Bewegungsspindel wirken, um ein elastisches Element in einem Fehlerfall spannen zu können. Vorzugsweise können die V-Nut, die Kugelrampe oder Gleitrampe in beide Drehrichtungen des elektrischen Motors wirken, so dass das Antriebselement das elastische Element sowohl bei einem Fehlerfall beim Öffnen der Kupplung als auch bei einem Fehlerfall beim Schließen der Kupplung vorspannen kann. Dadurch kann das Schlagwerk von dem vorgespannten elastischen Element beschleunigt werden, so dass das Schlagwerk mit einer definierten kinetischen Energie mit dem Abtriebselement in Kontakt treten kann. Über eine geeignete Wahl der trägen Masse des Schlagwerks kann die Höhe der kinetischen Energie sowie die Kraft, mit der das Schlagwerk auf das Abtriebselement gepresst wird, eingestellt werden. Dadurch lässt sich ebenfalls eine Stoßkraft zwischen dem Schlagwerk und dem Abtriebselement beeinflussen. Beispielsweise können das federelastische Element und das Schlagwerk derart dimensioniert sein, dass bei einem Anschlagen des Schlagwerks an dem Abtriebselement eine hinreichend hohe Stoßkraft bereit gestellt wird, so dass über den Kontakt, insbesondere einem stoßartigen Kontakt des Schlagwerks mit dem Abtriebselement ein Impuls zur Verstärkung einer Kraft von dem elektrischen Motor des Kupplungsaktors an die Bewegungsspindel weitergeleitet werden kann. Ferner ist es möglich, die Federkraft des federelastischen Elements derart zu wählen, dass nach dem Anschlagen des Schlagwerks an dem Abtriebselement, wenn das Schlagwerk lediglich mit der verbliebenen Federkraft auf das Abtriebselement gedrückt wird, ein Schlupf oder sogar ein Freilauf zwischen dem Schlagwerk und dem Abtriebselement auftreten kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass immer nur während einer sehr kurzen Übertragungszeit eine Bewegung an das Abtriebselement und damit an die Kupplung übertragen werden kann.
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Vorzugsweise ist durch das Anschlagen des Schlagwerks an die Bewegungsspindel ein Drehmoment übertragbar, das größer oder gleich 3-fach bis kleiner oder gleich 30-fach, bevorzugt größer oder gleich 5-fach bis kleiner oder gleich 25-fach, insbesondere größer oder gleich 10-fach bis kleiner oder gleich 20-fach größer als ein Spindelmoment der Bewegungsspindel ohne ein Anschlagen des Schlagwerks ist. Auf diese Weise kann die Bewegungsspindel nach Übertragung des Drehmoments eine Kupplung im Fehlerfall öffnen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass durch eine Kombination mit dem Schlagwerk der Bewegungsspindel eine höhere Kraft zum Öffnen oder zum Schließen der Kupplung als von dem elektrischen Motor alleine zur Verfügung gestellt werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass das Schlagwerk und die Bewegungsspindel mit einem Schmierstoff geschmiert sind. Insbesondere können das Schlagwerk und die Bewegungsspindel in Öl betrieben werden, beispielsweise im Öl eines Nassraums eines Getriebes. Auf diese Weise kann eine eigene Schmierung des Kupplungsaktors eingespart werden. Weiterhin kann durch den Betrieb im Öl auch die Geräusche des Kupplungsaktors während des Lösens der Kupplung in einem Fehlerfall gedämpft werden.
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Vorzugsweise ist der elektrische Motor ein Bürsten- oder ein bürstenloser Motor. Der Begriff Bürstenmotor beschreibt einen Gleichstrommotor bei dem sich die Wicklungen an einem Rotor befinden, der sich um einen starren Stator bewegt. Dieser Stator enthält den Magneten. Über die Wicklungen wird ein Magnetfeld aufgebaut, dem das Magnetfeld der Gehäusemagneten gegenüber steht. Das Anziehen und Abstoßen der sich gegenüberstehenden Magnete erzeugt die Bewegung des Motors, wobei der fließende Ankerstrom jeweils umgepolt werden kann. Diese Aufgabe übernehmen beim Bürstenmotor die Bürsten, die als Stromzuleitung dienen und ein Kollektor mit seiner mechanischen Schaltfunktion. Der Begriff bürstenloser Motor beschreibt einen Motor mit einem Permanentmagneten und die Spulen des Stators werden durch entsprechende Elektronik angesteuert. Auf diese Weise kann der Kupplungsaktor mit unterschiedlichen Motoren betrieben werden. Insbesondere kann die Verwendung eines Schrittmotors vermieden werden. Weiterhin werden keine besonderen Anforderungen an den elektrischen Motor gestellt. Der Kupplungsaktor kann somit mit einem sehr einfachen elektrischen Motor betrieben werden.
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Es ist bevorzugt, dass an der Bewegungsspindel ein Wegsensor oder ein Drehwinkelgeber angeordnet ist. Die Bewegungsspindel kann die von dem elektrischen Motor bereitgestellte rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung für die Betätigung der Kupplung umwandeln. Die Kupplung kann beispielsweise eine Spindelmutter aufweisen und/oder mit einer Spindelmutter verbunden sein, über welche die Kupplung über ein Gewinde der Bewegungsspindel geführt werden kann und relativ zur Bewegungsspindel eine Schraubbewegung ausübt. Mit Hilfe des Wegsensors oder des Drehwinkelgebers kann verhindert werden, dass während des Betriebes des Kupplungsaktors die Beziehung Motor-Winkel zur Position der Spindelmutter verloren geht. Beispielsweise kann der Motor den Weg der Spindelmutter auf der Bewegungsspindel nicht verfolgen, zusätzlich kann die Position der Spindelmutter durch die schlagartige Erhöhung der Kraft durch das Schlagwerk ebenfalls verschoben werden. Um eine präzise Betätigung der Kupplung zu ermöglichen, ist es daher notwendig, die Position der Spindelmutter auf der Bewegungsspindel zu kennen. Dadurch kann der Schaltkomfort und der Bedienkomfort des Kraftfahrzeugs während der Verwendung des Kraftfahrzeugs verbessert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplung eine Doppelkupplung, wobei der Kupplungsaktor zwischen den zwei Kupplungen, wobei die Kupplungen Klauenkupplungen oder Schiebemuffen sind, angeordnet ist. Dadurch, dass der Kupplungsaktor zwischen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung der Doppelkupplung angeordnet ist, können die Kupplungen unmittelbar von dem elektrischen Motor, dem Schlagwerk und der Bewegungsspindel betätigt werden, ohne dass es erforderlich ist, einen zwischengeschalteten Einrücker vorzusehen. Auf diese Weise können Wirkungsgradverlust behaftete Zwischenbauteile vermieden werden, um eine besonders energieeffiziente Betätigung der Kupplung zu erreichen. Durch die räumliche Nähe des Kupplungsaktors zu den Kupplungen und durch die Anordnung zwischen den Kupplungen kann der Bauraum reduziert werden und eine kompakte Bauweise erreicht werden. Der Kupplungsaktor kann insbesondere einen erstes Übersetzungsgetriebe, umfassend ein Antriebselement, ein elastisches Element und ein Schlagwerk, zur Betätigung der ersten Kupplung und ein zweites Übersetzungsgetriebe zur Betätigung der zweiten Kupplung aufweisen. Ferner ist es möglich, die erste Kupplung mit der zweiten Kupplung starr zu verbinden und das erste Übersetzungsgetriebe für eine Bewegung der beiden Kupplungen in eine erste axiale Richtung und das zweite Übersetzungsgetriebe für eine Bewegung der Kupplungen in eine der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axiale Richtung zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, sowohl das erste Übersetzungsgetriebe als auch das zweite Übersetzungsgetriebe denselben elektrischen Motor oder für jedes Übersetzungsgetriebe einen eigenen elektrischen Motor zu verwenden. Ferner kann mit Hilfe der Bewegungsspindel die von dem elektrischen Motor bereitgestellte rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung für die Betätigung der jeweilige Kupplung umwandeln. Insbesondere kann das Schlagwerk bei einer derartigen Anordnung in beide Drehrichtungen der Bewegungsspindel wirken. Beispielsweise kann das Schlagwerk sowohl bei einem Fehlerfall beim Öffnen der Kupplung als auch bei einem Fehlerfall beim Schließen der Kupplung der Bewegungsspindel eine schlagartig erhöhte Kraft zur Verfügung stellen. Ferner kann die jeweilige Kupplung beispielsweise eine Spindelmutter aufweisen und/oder mit einer Spindelmutter verbunden sein, über welche die Kupplung über ein Gewinde der Bewegungsspindel geführt werden kann und relativ zur Bewegungsspindel eine Schraubbewegung ausübt. Auf diese Weise können der elektrische Motor, das Schlagwerk und die Bewegungsspindel beide Kupplungen betätigen, einschließlich in einer Mittelstellung, in der beide Kupplungen geöffnet sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kupplungsaggregat zum Betätigen von Kupplungen, wobei die Kupplungen Klauenkupplungen oder Schiebemuffen sind, eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltgabel zum Betätigen der Kupplung und einer mit der Schaltgabel verbundenen Spindelmutter, wobei die Spindelmutter mit einer Bewegungsspindel eines Kupplungsaktors verbunden ist, der insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann.
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Dadurch, dass das Kupplungsaggregat einen Kupplungsaktor aufweist, bei dem ein elektrischer Motor eine Bewegungsspindel betätigt und bei einem Fehlerfall der Kupplung schlagartig die Kraft zum Öffnen der Kupplung erhöhen kann, kann ein Kupplungsaggregat mit einem Kupplungsaktor mit guten Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden, wobei der Kupplungsaktor einen kleinen Motor aufweist und in der Lage ist in Fehlerfällen die Kupplung zu Öffnen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend beschriebenem Kupplungsaggregat zum Betätigen der Kupplung.
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Dadurch, dass die Kupplungsanordnung ein Kupplungsaggregat umfasst, das einen Kupplungsaktor aufweist, bei dem ein elektrischer Motor eine Bewegungsspindel betätigt und bei einem Fehlerfall der Kupplung schlagartig die Kraft zum Öffnen der Kupplung erhöhen kann, kann eine Kupplungsanordnung mit einem Kupplungsaktor mit guten Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden, wobei der Kupplungsaktor einen kleinen Motor aufweist und in der Lage ist in Fehlerfällen die Kupplung zu Öffnen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Betätigung einer Kupplung mit einem Kupplungsaggregat, das insbesondere wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Betätigen einer Kupplung mit Hilfe einer über einen elektrischen Motor betriebenen Bewegungsspindel übertragbaren Kraft, Detektieren einer nicht ausreichenden Kraft zum Öffnen der Kupplung, und schlagartiges Erhöhen der Kraft zum Öffnen der Kupplung durch ein Schlagwerk.
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Dadurch, dass beim Verfahren zur Betätigung einer Kupplung ein Kupplungsaggregat verwendet wird, das einen Kupplungsaktor aufweist, bei dem ein elektrischer Motor eine Bewegungsspindel betätigt und bei einem Fehlerfall der Kupplung schlagartig die Kraft zum Öffnen oder zum Schließen der Kupplung erhöhen kann, kann für das Verfahren ein Kupplungsaktor mit guten Eigenschaften verwendet werden, wobei der Kupplungsaktor einen kleinen Motor aufweist und in der Lage ist in Fehlerfällen die Kupplung zu Öffnen oder zu Schließen.
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Vorzugsweise umfasst das schlagartige Erhöhen der Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung folgende Schritte: Bewegen des Schlagwerks über ein Antriebselement, insbesondere über eine V-Nut des Antriebselements, gegen eine Federkraft in axialer Richtung weg von der Bewegungsspindel, und durch die Federkraft beschleunigtes Anschlagen des Schlagwerks auf ein mit der Bewegungsspindel verbundenes Abtriebselement. Durch die Bewegung des Schlagwerks gegen die Federkraft kann in dem entsprechenden federelastischen Element Energie gespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann wieder abgegeben werden und das Anschlagen des Schlagwerks an das Abtriebselement beschleunigen. Dadurch kann das Schlagwerk mit einer definierten kinetischen Energie mit dem Abtriebselement in Kontakt treten kann. Ferner kann sichergestellt werden, dass immer nur während einer sehr kurzen Übertragungszeit eine Bewegung an das Abtriebselement und damit an die Kupplung übertragen werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kupplungsaktors mit einem angebauten elektrischen Motor,
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2: eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Kupplungsaktors in Verbindung mit einer Spindelmutter und einer Schaltgabel,
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3: eine schematische perspektivische Teilansicht des Kupplungsaktors aus 2, und
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4: eine schematische perspektivische Teilansicht des Kupplungsaktors aus 3 in einer anderen Stellung.
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Der in 1 dargestellte Kupplungsaktor 34 weist einen elektrischen Motor 36 auf. Der elektrische Motor 36 ist über ein Antriebselement 38 mit einem Schlagwerk 40 gekoppelt, das in einer in dem Antriebselement 38 ausgebildeten V-Nut 42 gegen eine Feder 44 axial verschoben werden kann. Weiterhin ist das Antriebselement 38 mit einer Bewegungsspindel 48 verbunden. Die Bewegungsspindel 48 wandelt das Drehmoment des elektrischen Motors 36 in eine Axialkraft um zum Schließen und Öffnen einer nicht dargestellten Klauenkupplung. In einem Fehlerfall der Klauenkupplung, beispielsweise durch ein Verspannen der Klauenkupplung, reicht das vom elektrischen Motor 36 zur Verfügung gestellte Drehmoment reicht nicht mehr aus um mit Hilfe der Bewegungsspindel 48 die Klauenkupplung zu öffnen oder zu schließen. Es wird dadurch eine Kraftschwelle zum Öffnen oder Schließen der Klauenkupplung überschritten. Dadurch bewegt sich die Bewegungsspindel 48 nicht mehr, während der elektrische Motor 36 das Antriebselement 38 weiterhin antreibt. Durch die V-Nut 42 des Antriebselements 38 wird das Schlagwerk 40 gegen die Feder 44 axial verschoben. Dadurch wird die Feder 44 zusammengedrückt und auf diese Weise vorgespannt um Energie zu speichern. Die gespeicherte Energie kann von der Feder 44 schlagartig abgegeben werden, so dass das Schlagwerk 40 an einem mit der Bewegungsspindel 48 verbundenen Abtriebs-element 46 anschlagen kann. Die geschieht dadurch, dass das Antriebselement 38 sich so lange dreht bis das Schlagwerk 40 aus der V-Nut 44 herausrutscht. In einem Fehlerfall wird durch das Anschlagen des Schlagwerks 40 an das Abtriebselement 46 ein Impuls bereitgestellt, so dass kurzzeitig die von dem elektrischen Motor 36 bereitgestellte Drehbewegung über das Antriebselement 38 und das Schlagwerk 40 verstärkt und an das Abtriebselement 46 übertragen werden kann. Die Bewegungsspindel 48 kann eine Schraubenbewegung ausführen um dadurch die nicht dargestellte Klauenkupplung zu bewegen. Zwischen elektrischen Motor 36 und dem Antriebselement 38 ist ein Kugellager 50 vorgesehen.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kupplungsaktors 56. Der Kupplungsaktor 56 weist im Wesentlichen die gleichen Bauteile wie der Kupplungsaktor 34 der 1 auf. Zusätzlich verfügt der Kupplungsaktor 56 noch über eine Mutter 58. Die Bewegungsspindel 48 des Kupplungsaktors 56 ist mit einer Spindelmutter 52 verbunden. Die Spindelmutter 52 ist mit einer Schaltgabel 54 verbunden. Die Schaltgabel 54 ist nur teilweise dargestellt. In 2 wird gezeigt, wie die Bewegungsspindel 48 in der Spindelmutter 52 verfährt, um über die Schaltgabel 54 eine nicht dargestellte Klauenkupplung zu betätigen. Die unterschiedlichen Stellungen der Spindelmutter 52 und die entsprechenden Stellungen der Schaltgabel 54 werden über die sich überschneidenden Darstellungen der Spindelmuttern 52 bis 52e und der Schaltgabeln 54a bis 54e dargestellt.
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3 und 4 zeigen die jeweiligen maximalen geöffnet und geschlossen Positionen der Spindelmutter 52 und der Schaltgabel 54 der Kupplungsanordnung 56 aus 2, wobei von der Kupplungsanordnung 56 jeweils nur ein Teil des Gehäuses 60, die Mutter 58 und die Bewegungsspindel 48 erkennbar ist.
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Das Verfahren zur Betätigung einer Kupplung mit einem Kupplungsaggregat, insbesondere mit einem wie vorstehend beschriebenen Kupplungsaggregat, umfasst folgende Schritte: Betätigen einer Kupplung mit einer über einen elektrischen Motor 36 betriebenen Bewegungsspindel 48 übertragbaren Kraft, Detektieren einer nicht ausreichenden Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, und schlagartiges Erhöhen der Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung durch ein Schlagwerk 40. Das schlagartige Erhöhen der Kraft erfolgt dabei durch ein Bewegen des Schlagwerks 40 über ein Antriebselement 38, insbesondere über eine V-Nut 42 des Antriebselements 38, gegen eine Federkraft in axialer Richtung weg von der Bewegungsspindel 48, und durch die Federkraft beschleunigtes Anschlagen des Schlagwerks 40 auf ein mit der Bewegungsspindel 48 verbundenes Abtriebselement 46.
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Bezugszeichenliste
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- 34
- Kupplungsaktor
- 36
- elektrischer Motor
- 38
- Antriebselement
- 40
- Schlagwerk
- 42
- V-Nut
- 44
- Feder
- 46
- Abtriebselement
- 48
- Bewegungsspindel
- 50
- Kugellager
- 52
- Spindelmutter
- 52a, b, c, d, e
- Stellungen Spindelmutter
- 54
- Schaltgabel
- 54a, b, c, d, e
- Stellungen Schaltgabel
- 56
- Kupplungsaktor
- 58
- Mutter
- 60
- Gehäuse
