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Die Erfindung betrifft eine Kupplung, bevorzugt Fahrzeugkupplung, mit einer elektrisch betriebenen Betätigungseinrichtung, wobei die Betätigungseinrichtung einen ersten Aktor und mindestens einen weiteren Aktor aufweist, wobei der erste und der weitere Aktor an einer bevorzugt mit der Kupplungsscheibe oder der Gegendruckscheibe drehbaren Baugruppe der Kupplung angeordnet sind und mittels eines Signalgebers, welcher bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehend angeordnet ist, und eines Übertragungskanals ansteuerbar sind.
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In dem wertvollen Beitrag zum Stand der Technik
DE 10 2009 015 151 A1 ist eine Reibungskupplung mit einer Betätigungseinrichtung ohne Ausrücklager offenbart, bei der über eine elektromagnetische Koppelung Energie und Steuerdaten zur Versorgung und Steuerung eines an der Reibungskupplung angeordneten Aktors übertragen werden und die Reibungskupplung mittels einer durch den Aktor bewirkten Verdrehung einer die Druckplatte der Reibungskupplung beaufschlagenden Rampeneinrichtung betätigt wird.
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Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt eine Ansteuerung der Aktoren zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Kupplung, bevorzugt Fahrzeugkupplung, mit einer elektrisch betriebenen Betätigungseinrichtung, wobei die Betätigungseinrichtung einen ersten Aktor und mindestens einen weiteren Aktor aufweist, wobei der erste und der weitere Aktor an einer bevorzugt mit der Kupplungsscheibe oder der Gegendruckscheibe drehbaren Baugruppe der Kupplung angeordnet sind und mittels eines Signalgebers, welcher bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehend angeordnet ist, und eines Übertragungskanals ansteuerbar sind, wobei die Kupplung weiterhin ein erstes Signalfilter und mindestens ein weiteres Signalfilter aufweist, die jeweils an der drehbaren Baugruppe der Kupplung angeordnet sind, wobei das erste Signalfilter eingerichtet ist, aus einem von dem Signalgeber abgegebenen Betätigungssignal eine erste Signalkomponente zu extrahieren und an den ersten Aktor weiterzuleiten, und wobei das weitere Signalfilter eingerichtet ist eine weitere Signalkomponente aus dem Betätigungssignal zu extrahieren und an den weiteren Aktor weiterzuleiten.
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Die Aufgabe wird weiterhin insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur elektrischen Betätigung einer Kupplung mittels eines ersten und mindestens eines weiteren Aktors, wobei sich der erste und der weitere Aktor mit einer sich während eines Betriebs der Kupplung drehenden Baugruppe der Kupplung mitdrehen, wobei der folgende Schritt durchgeführt wird:
- – Ansteuern des ersten und des mindestens einen weiteren Aktors mittels eines bezüglich der sich drehenden Baugruppe feststehenden Signalgebers und eines Übertragungskanals;
und wobei mittels eines, sich mit der sich drehenden Baugruppe mitdrehenden ersten Signalfilters folgender Schritt durchgeführt wird:
- – Extrahieren einer ersten Signalkomponente aus einem von dem Signalgeberabgegebenen Betätigungssignal;
und mittels eines, sich mit der sich drehenden Baugruppe mitdrehenden weiteren Signalfilters folgender Schritt durchgeführt wird:
- – Extrahieren einer weiteren Signalkomponente aus dem Betätigungssignal;
und wobei das Verfahren zusätzlich die Schritte enthält:
- – Weiterleiten der ersten Signalkomponente an den ersten Aktor; und
- – Weiterleiten der weiteren Signalkomponente an den weiteren Aktor.
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Hierdurch sind auf einfache Weise mittels Signalfilter mehrere Aktoren über einen Übertragungskanal ansteuerbar. Dies ist besonders vorteilhaft, da z.B. nur noch ein gemeinsamer induktiver Übertrager oder nur ein gemeinsamer Schleifring zur Übertragung des Betätigungssignals für verschiedene Aktoren nötig ist und eine Realisierung mittels Signalfilter mit einfachen Komponenten durchführbar ist.
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Eine elektrisch betriebene Betätigungseinrichtung ist bevorzugt eine Einrichtung, mittels welcher die Kupplung eingekuppelt (Eingangs- und Ausgangswellen der Kupplung sind drehfest gekoppelt) und/oder ausgekuppelt (Eingangs- und Ausgangswellen der Kupplung sind entkoppelt) werden kann. Die Betätigungseinrichtung setzt bevorzugt eine Bewegung in eine Kraft auf eine Kupplungsscheibe um bzw. ist sie dazu eingerichtet. Unter elektrisch betrieben wird bevorzugt verstanden, dass zum ein Ein- oder Auskuppeln elektrische Energie der Betätigungseinrichtung zugeführt wird.
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Eine drehbare Baugruppe der Kupplung beinhaltet bevorzugt den Kupplungsdeckel und/oder die Druckplatte oder Gegendruckplatte der Kupplung.
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Ein Aktor ist bevorzugt ein Element, welches in Folge elektrischer Energiezuführung eine Bewegung oder eine Verformung durchführt. Z.B. ist ein Aktor ein Piezoelement oder Elektromotor.
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Ein Signalgeber ist bevorzugt eine Einrichtung, welche ein Signal zur Betätigung der Kupplung (Ein- oder Auskuppeln), d.h. ein Betätigungssignal erzeugt oder, bevorzugt nach einer mittels des Signalgebers durchgeführten Signalaufbereitung, weiterleitet. Z.B. ist der Signalgeber eine elektronische Recheneinheit (z.B. für computergestützte Kuppelvorgänge) oder ein elektrischer Schalter. Bevorzugt ist der Signalgeber eingerichtet das Betätigungssignal aus einzelnen Signalkomponenten, die jeweils für einen bestimmten Aktor oder für eine Gruppe von Aktoren bestimmt sind, zusammenzusetzen.
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Ein Übertragungskanal ist bevorzugt eingerichtet, elektrische Signale, z.B. in Form einer veränderlichen Spannung, an die Aktoren weiterzuleiten. Der Übertragungskanal weist bevorzugt genau eine Signalführungsader gegenüber Masse auf.
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Ein Signalfilter ist bevorzugt eine Einrichtung mit einer Schaltung, welche eine Signalkomponente aus einem Signal extrahiert, z.B. mittels zeitlicher Filterung (Betrachtung eines oder mehrerer Zeitintervalle des Signals) oder Filterung nach Frequenzen. Bevorzugt ist das Signalfilter eine solche Schaltung.
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Eine Signalkomponente des Betätigungssignals ist bevorzugt ein dem Signal hinzugefügter Informationsgehalt, welcher bevorzugt für einen bestimmten Aktor vorgesehen ist. Sie kann auch als Steuersignal eines Aktors angesehen werden.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung sind das erste Signalfilter und das weitere Signalfilter passive Filter.
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Hierdurch ist mit wenigen einfachen Bauteilen eine Auftrennung der verschiedenen Signalkomponenten und Weiterleitung an den jeweiligen Aktor möglich.
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Ein passives Filter ist bevorzugt ausschließlich aus passiven Bauteilen aufgebaut (z.B. aus einem oder mehreren Bauteilen aus Widerstand, Spule, Kondensator, Diode). Ein passives Bauteil übt bevorzugt keine Verstärkung auf ein Signal auf.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung sind das erste Signalfilter und das weitere Signalfilter jeweils Frequenzfilter und die erste Signalkomponente belegt einen ersten Frequenzbereich des Betätigungssignals und die weitere Signalkomponente belegt einen weiteren Frequenzbereich des Betätigungssignals.
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Hierdurch ist eine besonders einfache (d.h. mit wenigen, unkomplexen Bauteilen zu realisierende) und effiziente Form der Signalfilterung möglich. Bevorzugt wird jedes Aktorelement mit einer eigenen Frequenz angesteuert. Hierfür ist jedem Aktorelement ein Frequenzfilter vorgeschaltet, welches lediglich die dem spezifischen Aktorelement zur Ansteuerung zugeordnete Frequenz passieren lässt. So wird auf eine besonders kompakte Weise ein selektives Ansteuern der einzelnen Aktorelemente erreicht.
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Ein Frequenzfilter ist bevorzugt ein Filter, welches Frequenzen eines bestimmten Frequenzbereichs passieren lässt. Es ist z.B. ein Bandpass, Hochpass oder Tiefpass. Bevorzugt ist es aus einer Kombination oder Unterkombination der Bauteile Widerstand, Kondensator und Spule aufgebaut. Bevorzugt sind alle Frequenzfilter Bandpässe, wodurch z.B. die Sicherheit und die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht ist.
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Bevorzugt ist die Signalkomponente auf eine einem bestimmten Aktor oder einer bestimmten Aktorgruppe zugeordneten Trägerfrequenz moduliert. Bevorzugt ist die Signalkomponente direkt ein periodisches Signal (z.B. Sinus) mit einer einem bestimmten Aktor oder einer bestimmten Aktorgruppe zugeordneten Frequenz. Z.B. wird der erste Aktor dann aktiviert, wenn das Betätigungssignal eine 100-Hz-Komponente enthält und deaktiviert, wenn das Betätigungssignal keine 100-Hz-Komponente enthält. Der weitere Aktor hingegen wird z.B. dann aktiviert, wenn das Betätigungssignal eine 200-Hz-Komponente enthält und deaktiviert, wenn das Betätigungssignal keine 200-Hz-Komponente enthält.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung ist eine Versorgungsspannung für die Aktoren von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort mittels eines Energieversorgungsübertragungskanals an die drehbare Baugruppe der Kupplung weiterleitbar.
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Hierdurch wird elektrische Energie an die Aktoren übertragbar, z.B. über dasselbe physikalische Medium aber in einem anderen Frequenzbereich als die Signalkomponenten, wobei der andere Frequenzbereich den Energieversorgungsübertragungskanal darstellt. Bevorzugt ist der Energieversorgungsübertragungskanal von dem Übertragungskanal getrennt, bevorzugt galvanisch getrennt. Hierdurch wird die zu übertragende elektrische Energie von dem Betätigungssignal physikalisch getrennt. Dies ermöglicht eine speziellere Anpassung der Leitungen/Übertrager and die jeweilis zu übertragende Leistung und insbesondere sind weniger komplexe Signalfilter nötig.
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Ein feststehender Ort ist z.B. ein Bauteil, an dem die Eingangs- oder Ausgangswelle der Kupplung drehbar gelagert ist.
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Ein Energieversorgungsübertragungskanal ist bevorzugt eingerichtet, elektrische Energie, z.B. mittels einer Versorgungsspannung, für die Aktoren weiterzuleiten. Ein von dem Übertragungskanal getrennter Energieversorgungsübertragungskanal weist bevorzugt genau eine Energieführungsader gegenüber Masse auf.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung ist eine Versorgungsspannung für die Aktoren von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort mittels des Übertragungskanals an die drehbare Baugruppe der Kupplung weiterleitbar.
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Hierdurch kann für die Aktoren benötigte Energie auf demselben Weg wie das Betätigungssignal zu der drehenden Baugruppe weitergeleitet werden, womit auf eine zusätzliche Überführung (z.B. Schleifring oder induktiver Übertrager) von dem feststehenden Ort zu der sich drehenden Baugruppe verzichtet werden kann.
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Bevorzugt ist die Versorgungsspannung eine Gleichspannung oder Wechselspannung. Bevorzugt belegen die Signalkomponenten verschiedene Frequenzen, welche größer als eine evtl. Frequenz der Versorgungswechselspannung ist.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung beinhaltet der Übertragungskanal mindestens einen Schleifring und bevorzugt weniger als drei, besonders bevorzugt weniger als zwei Schleifringe zur Übertragung des Betätigungssignals von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort zu der drehbaren Baugruppe.
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Hierdurch ist eine elektrische Übertragung über den Übertragungskanal praktisch verlustfrei möglich.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung beinhaltet der Übertragungskanal mindestens einen induktiven Übertrager zur Übertragung des Betätigungssignals von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort zu der drehbaren Baugruppe.
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Hierdurch ist eine elektrische Übertragung über den Übertragungskanal berührungslos und somit praktisch verschleißfrei möglich.
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Bevorzugt ist eine erste, eine Spule aufweisende Hälfte des Übertragers an dem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort angeordnet und eine zweite, eine Spule aufweisende Hälfte des Übertragers ist an der drehbaren Baugruppe angeordnet. Die Spaltfläche zwischen den beiden Hälften der Übertragungseinheit ist bevorzugt senkrecht oder alternativ konzentrisch zur Kupplungsdrehachse angeordnet. Da die induktive Übertragung um so effektiver ist, je kleiner der Spalt ist, sollte man die Spaltausrichtung von den zu erwartenden Bauteilbewegungen und Toleranzen abhängig machen. Bei einer Spaltausrichtung senkrecht zur Achse, kann das Spaltmaß bei der Montage besonders leicht eingestellt werden, indem zum Beispiel eine Ausgleichsscheibe, deren Dicke speziell auf die Abmessungen des Kupplungssystems und des Getriebes bzw. Motors abgestimmt ist, axial zwischen die Übertragungseinheit und deren Nachbarbauteil montiert wird. Da Kupplungen außer reinen axialen und radialen Bewegungen auch Taumel- und Kippbewegungen ausführen, ist die Spaltkontur bevorzugt eine konische Spaltkontor oder eine kalottenförmige Spaltkontur. Bevorzugt ist die Krümmung der kalottenförmigen Spaltkontur auf das Bewegungsbild und die Toleranzsituation der Kupplung abgestimmt.
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Ein induktiver Übertrager ist bevorzugt als Rotationstransformator realisiert. Dies ist bevorzugt eine spezielle Bauform eines Transformators, bei dem die Primärseite gegenüber der Sekundärseite mechanisch frei rotieren kann. Der Rotationstransformator besteht bevorzugt aus zwei Hälften: einen fix stehenden Stator mit der ersten Wicklung und einem dazu auf einer Achse rotierenden Rotor mit der zweiten Wicklung. Bevorzugt dient zur Führung des magnetischen Flusses zwischen den beiden Wicklungen, wie bei einem herkömmlichen Transformator, ein entsprechend mechanisch ausgestalteter, bevorzugt weichmagnetischer Kern, der die Wicklungen umgibt und der in zwei Hälften (Stator und Rotor) geteilt ist.
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Bevorzugt weist der Energieversorgungsübertragungskanal mindestens einen induktiven Übertrager zur Übertragung des Betätigungssignals von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort zu der drehbaren Baugruppe auf.
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Besonders bevorzugt weisen der induktive Übertrager des Übertragungskanals und der induktive Übertrager des Energieversorgungsübertragungskanals einen gemeinsamen, bevorzugt weichmagnetischen Kern auf. Hierdurch sind kompakte Bauformen realisierbar.
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Besonders sinnvoll ist die Anordnung der Übertragungseinheit (induktiver Übertrager oder Schleifring) zwischen der Kupplung und dem Getriebe, da dort wo bei normalen Kupplungssystemen das Einrück- bzw. Ausrücksystem positioniert ist, meistens noch Bauraum zu Verfügung steht und man Übertragungseinheiten mit kleinem Durchmesser realisieren kann. Bevorzugt weist die Übertragungseinheit einen größeren Durchmesser als die klassischen Einrücklager auf und ist zwischen dem Kupplungsdeckel und dem Getriebe angeordnet. Wenn axialer Bauraum knapp ist, ist die Übertragungseinheit bevorzugt radial außerhalb der Kupplung angeordnet. Alternativ ist die Übertragungseinheit zwischen dem Motor und dem Schwungrad angeordnet, wodurch sich die Möglichkeit bietet, Übertragungseinheiten mit großem oder relativ kleinem Durchmesser unterzubringen.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung ist diese eine Doppelkupplung mit einer ersten und einer zweiten Einfachkupplung und der erste Aktor ist zur Betätigung der ersten Einfachkupplung vorgesehen und der zweite Aktor ist zur Betätigung der zweiten Einfachkupplung vorgesehen.
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Hierdurch sind zwei verschiedene Kupplungen einer Doppelkupplung über einen Übertragungskanal ansteuerbar.
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Bevorzugt weist die Betätigungseinrichtung mindestens einen zusätzlichen Aktor zur Betätigung einer der Einfachkupplungen auf und die Kupplung weist weiterhin ein zusätzliches Signalfilter auf, das an der drehbaren Baugruppe der Kupplung angeordnet ist und eingerichtet ist, aus einem von dem Signalgeber abgegebenen Betätigungssignal oder einem zusätzlichen Betätigungssignal eine zusätzliche Signalkomponente zu extrahieren und diese an den zusätzlichen Aktor weiterzuleiten. Hierdurch ist eine Betätigung einer Einfachkupplung der Doppelkupplung auch durch mehr als nur einen Aktor möglich. Dabei weist die Kupplung bevorzugt für jede Einfachkupplung einen induktiven Übertrager oder Schleifring auf, wobei über zumindest einen Übertrager oder Schleifring mindestens zwei Signalkomponenten für zwei verschiedene Aktoren einer Einfachkupplung übertragen werden. Dabei ist vorteilhaft, dass jede Kupplung einen eigenen Übertrager oder Schleifring aufweist und somit eine höhere Güte der durch die Signalfilter extrahierten Signalkomponenten einhergeht. Besonders bevorzugt weist die Kupplung genau einen induktiven Übertrager oder Schleifring für beide Einfachkupplungen auf, wobei die Signalkomponenten für alle Aktoren im Betätigungssignal gemeinsam über den induktiven Übertrager oder Schleifring übertragen werden und durch ein für jeden Aktor vorhandenes für den jeweiligen Aktor spezielles Signalfilter voneinander getrennt werden. Hierdurch ist ein zusätzlicher induktiver Übertrager für die zweite Einfachkupplung nicht nötig.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Kupplung weist diese den Signalgeber auf, wobei der Signalgeber zur Generierung und Ausgabe des Betätigungssignals eingerichtet ist.
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Zum Beispiel ist der Signalgeber eingerichtet, ein Steuersignal für einen bestimmten Aktor in das diesem Aktor zugeordnete Frequenzband zu modulieren und als Betätigungssignal an die drehbare Baugruppe zu übermitteln, oder besonders bevorzugt auch mehrere Steuersignale für verschiedene Aktoren in die diesen Aktoren jeweils zugeordneten Frequenzbänder zu modulieren und als Betätigungssignal an die drehbare Baugruppe zu übermitteln.
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Beispielhaft für mögliche Ausführungsformen der Erfindung zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Kupplung mit zwei Aktoren,
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2 einen Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Kupplung ähnlich wie die aus 1 jedoch mit drei Aktoren,
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3 einen weiter vereinfachten Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung, bei der für je eine Einfachkupplung eine Übertragungseinrichtung vorhanden ist,
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4 eine Darstellung ähnlich zu 4 wobei bei der hier gezeigten Doppelkupplung ein gemeinsamer Übertrager für beide Einfachkupplungen vorhanden ist,
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5 einen Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Kupplung aufbauend auf der mittels 2 veranschaulichten Kupplung, bei der ein Übertragungskanal und ein Energieversorgungsübertragungskanal vorhanden sind, die jeweils einen eigenen induktiven Übertrager beinhalten, wobei die induktiven Übertrager einen gemeinsamen Kern aufweisen,
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6 ein Frequenzspektrum des Betätigungssignals sowie der über den Übertrager übertragenen Versorgungspannung aus 5,
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7 ein Frequenzspektrum der Signale einer Kupplung ähnlich wie in 5 und 6 wobei die Kupplung jedoch eine Doppelkupplung ist und insgesamt sechs Aktoren über einen induktiven Übertrager angesteuert werden,
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8 eine erfindungsgemäße Kupplung mit einem induktiven Übertrager, welcher eine Luftspaltfläche senkrecht zur Kupplungsachse aufweist,
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9 eine erfindungsgemäße Doppelkupplung mit zwei induktiven Übertragern welche konzentrische Luftspaltflächen zur Kupplungsachse mit unterschiedlichen Radien aufweisen,
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10 eine erfindungsgemäße Doppelkupplung wie in 9, wobei jedoch die Übertrager axial hintereinander angeordnet sind und überlappende Radien aufweisen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplung mit einer elektrisch betriebenen Betätigungseinrichtung 20, wobei die Betätigungseinrichtung 20 einen ersten Aktor 21 und einen weiteren Aktor 22 aufweist, wobei der erste und der weitere Aktor 21, 22 an einer drehbaren Baugruppe 10 der Kupplung 1 angeordnet sind und mittels eines Signalgebers 30, welcher bezüglich der drehbaren Baugruppe 10 feststehend angeordnet ist, aber nicht zwingend Teil der Kupplung ist (angedeutet durch die gestrichelte Darstellung), und eines Übertragungskanals 50 ansteuerbar sind. Weiterhin weist die Kupplung ein erstes Signalfilter 41 und ein weiteres Signalfilter 42 auf, die jeweils an der drehbaren Baugruppe 10 der Kupplung 1 angeordnet sind, wobei das erste Signalfilter 41 eingerichtet ist, aus einem von dem Signalgeber 30 abgegebenen Betätigungssignal 60 eine erste Signalkomponente 61 zu extrahieren und an den ersten Aktor 21 weiterzuleiten, und wobei das weitere Signalfilter 42 eingerichtet ist eine weitere Signalkomponente 62 aus dem Betätigungssignal 60 zu extrahieren und an den weiteren Aktor 22 weiterzuleiten. Die Signalfilter 41, 42 sind in der Abbildung nochmals vergrößert dargestellt, um den Zusammenhang zum Betätigungssignal 60 und den Übertragungskanal 50 größer darstellen zu können.
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Im Betrieb der Kupplung wird mittels des ersten und des weiteren Aktors 22 die Kupplung betätigt, wobei sich der erste und der weitere Aktor 21, 22 mit der sich während des Betriebs der Kupplung 1 drehenden Baugruppe 10 mitdrehen und es wird folgender Schritt durchgeführt:
- – Ansteuern des ersten und des mindestens einen weiteren Aktors 21, 22 mittels des feststehenden Signalgebers 30 und des Übertragungskanals 50;
wobei mittels des sich mit der sich drehenden Baugruppe 10 mitdrehenden ersten Signalfilters 41 folgender Schritt durchgeführt wird:
- – Extrahieren der ersten Signalkomponente 61 aus dem von dem Signalgeber 30 abgegebenen Betätigungssignal 60;
und wobei mittels des, sich mit der sich drehenden Baugruppe 10 mitdrehenden weiteren Signalfilters 42 folgender Schritt durchgeführt wird:
- – Extrahieren der weiteren Signalkomponente 62 aus dem Betätigungssignal 60;
und zusätzlich die Schritte ausgeführt werden:
- – Weiterleiten der ersten Signalkomponente 61 an den ersten Aktor 21; und
- – Weiterleiten der weiteren Signalkomponente 62 an den weiteren Aktor 22.
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Hierdurch sind verschiedene Aktoren 21, 22 auf einfache Weise über ein Betätigungssignal 60 ansteuerbar, welches die Signalkomponenten 61, 62 für den jeweiligen Aktor 21, 22 enthält. Das Betätigungssignal 60 kann somit über einen gemeinsamen Übertragungskanal 50 von einem ortsfesten Teil zu dem sich drehenden Bauteil übertragen werden.
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2 zeigt einen Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Kupplung ähnlich wie aus 1 jedoch mit drei Aktoren 21, 22.1 und 22.2, nämlich ein erster Aktor 21 und zwei weitere Aktoren 22.1 und 22.2. Jedem Aktor 21, 22.1, 22.2 ist ein Signalfilter 41, 42.1, 42.2 zugeordnet. Der Übertragungskanal 50 beinhaltet als Übertragungseinrichtung 51 zur Übertragung des von dem Signalgeber 30 ausgehenden Betätigungssignals 60 von einem bezüglich der rotierenden Baugruppe 10 feststehenden Ort zu der rotierenden Baugruppe 10 einen induktiven Übertrager. Anstatt des induktiven Übertragers ist auch ein Schleifring möglich.
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Im Betrieb der Kupplung werden die drei verschiedenen Aktoren 21, 22.1 und 22.2 über nur einen Übertrager 51 angesteuert.
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3 zeigt einen weiter vereinfachten Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Doppelkupplung 1, bei der für je eine Einfachkupplung 1.1, 1.2 der Doppelkupplung mit je drei Aktoren eine Übertragungseinrichtung 51.1 bzw. 51.2 vorhanden ist. Die erste Einfachkupplung 1.1 weist einen ersten Aktor 21 und zwei weitere Aktoren 22.2 und 22.3 auf sowie ein dem ersten Aktor 21 zugeordnetes erstes Signalfilter 41, ein dem weiteren Aktor 22.2 zugeordnetes weiteres Signalfilter 42.2 und ein dem weiteren Aktor 22.3 zugeordnetes weiteres Signalfilter 42.3. Die zweite Einfachkupplung 1.2 weist einen weiteren Aktor 22.1 und zwei weitere Aktoren 22.4 und 22.5 auf sowie ein dem weiteren Aktor 22.1 zugeordnetes weiteres Signalfilter 42.1, ein dem weiteren Aktor 22.4 zugeordnetes weiteres Signalfilter 42.4 und ein dem weiteren Aktor 22.5 zugeordnetes weiteres Signalfilter 42.5. Die Signalfilter 41, 42.2 und 43.3 sind mit dem Übertrager 51.1 verbunden, die Signalfilter 42.1, 42.4 und 42.5 mit dem Übertrager 51.2. Vorzugsweise sind die Filter Frequenzfilter. Bevorzugt sind dabei die Filter 41, und 42.1 Hochpässe, die Filter 42.2 und 42.4 Bandpässe und die Filter 42.3 und 42.5 Tiefpässe. Dies hat den Vorteil, dass nicht drei Bandpässe realisiert werden müssen sondern lediglich einer. Die anderen beiden Filter sind dann als einfacher Hoch- bzw. Tiefpass ausgeführt. Bevorzugt sind zur Erhöhung der Sicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit alle Filter jeweils als Bandpass ausgeführt.
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Im Betrieb der Erfindung werden alle Steuersignale für die Aktoren 21, 22.2 und 22.3 über den Übertrager 51.1 in Form von Signalkomponenten 61, 62.2 und 62.3 des Betätigungssignals 60.1 zu den Aktoren 21, 22.2 und 22.3 übertragen und alle Steuersignale für die Aktoren 22.1, 22.4 und 22.5 werden über den Übertrager 51.2 in Form von Signalkomponenten 62.1, 62.4 und 62.5 des Betätigungssignals 60.2 zu den Aktoren 22.1, 22.4 und 22.5 übertragen. Die Signalkomponenten entsprechen dabei bevorzugt Frequenzen, z.B. enstpricht eine Frequenz f1 der Signalkomponente 61, eine Frequenz f2 der Signalkomponente 62.2, eine Frequenz f3 der Signalkomponente 62.3, eine Frequenz f4 der Signalkomponente 62.1, eine Frequenz f5 der Signalkomponente 62.4, eine Frequenz f6 der Signalkomponente 62.5. Bevorzugt ist f1 = f4 und/oder f2 = f5 und/oder f3 = f6.
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Hierdurch wird jede Einfachkupplung von einer eigenen Übertragungseinheit versorgt. Somit werden nur jeweils drei anstatt sechs Frequenzen, wie z.B. in 4 gezeigt, gleichzeitig benötigt und die Anforderungen an die Güte der Filter sind geringer.
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4 zeigt eine Darstellung ähnlich zu 4 wobei im Gegensatz zu Fig. ein gemeinsamer Übertrager 50 für beide Einfachkupplungen 1.1 und 1.2 vorhanden ist. Die Frequenzen f1 bis f6 sind jeweils unterschiedlich. Alle Signalkomponenten sind in einem Betätigungssignal 60 enthalten.
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Hierdurch lässt sich ein separater Übertrager für die zweite Einfachkupplung und somit auch insbesondere benötigter Bauraum einsparen.
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5 zeigt einen Signalflussplan einer erfindungsgemäßen Kupplung aufbauend auf der mittels 2 veranschaulichten Kupplung, bei der ein Übertragungskanal 50 und ein Energieversorgungsübertragungskanal 70 vorhanden sind, die jeweils einen eigenen induktiven Übertrager 51.1 bzw. 51.2 beinhalten, wobei die induktiven Übertrager einen gemeinsamen Kern aufweisen. Es sind drei Aktoren 21, 22.1., 22.2 für eine Einfachkupplung an der drehenden Baugruppe der Kupplung vorhanden. An derselben Baugruppe sind die Signalfilter 41, 42.1, 42.2 vorhanden, welche jeweils passive Frequenzfilter sind. Zwischen ein Signalfilter 41, 42.1, 42.2 und den entsprechenden Aktor 21, 22.1, 22.2 ist zudem jeweils eine Ansteuerschaltung 210, 220.1, 220.2 geschaltet. Die Frequenzfilter sind mit einem Anschlusspunkt an den induktiven Übertrager 51.1 geschaltet. Weiterhin ist an derselben Baugruppe ein Gleichrichter 74 mit dem Übertrager 51.2 des Energieversorgungsübertragungskanal 70 und mit einem nachfolgenden Gleichrichter 74 verschaltet. Ein Glättungsfilter 75 ist dem Gleichrichter 74 nachgeschaltet.
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An einem gegenüber der drehenden Baugruppe feststehenden Ort ist der Signalgeber 30 angeordnet, welcher einen Mischer 31 enthält, welcher eingerichtet ist, aus einzelnen Signalkomponenten 61, 62.1 und 62.2 das Betätigungssignal 60 zu mischen. Die Signalkomponenten belegen drei verschiedene Frequenzbereiche des Betätigungssignals und sind jeweils aus einer Multiplikation eines Steuerimpulses (hier Rechteckimpulse) und einer Trägerfrequenz f1, f2, f3 erzeugbar, im einfachsten Fall mittels eines Schalters wie dargestellt. Ebenfalls an dem gegenüber der sich drehenden Baugruppe drehenden Ort ist die Versorgungsspannungsquelle 76 angeordnet. Sofern diese eine Gleichspannung bereitstellt, ist bevorzugt ein Wechselrichter 71 zwischen den induktiven Übertrager 51.2 und die Versorgungsspannungsquelle 76 geschaltet, welcher bevorzugt einen Vierquadrantensteller 72 mit entsprechender Ansteuerung 73 aufweist.
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Im Betrieb der Erfindung wird eine Wechselversorgungsspannung, die bei Bedarf zuvor durch den Wechselrichter 71 generiert wird, für die Aktoren 21, 22.1, 22.2 von dem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort mittels des von dem Übertragungskanal 50 getrennten Energieversorgungsübertragungskanals 70 und des induktiven Übertragers 51.2 an die drehbare Baugruppe der Kupplung weitergeleitet. Danach wird diese mittels des Gleichrichters 74 gleichgerichtet und mittels des Glättungsfilters 75 geglättet und steht dann als Versorgungsgleichspannung U_Act den Aktoren zur Verfügung. Weiterhin wird mittels des Signalgebers 30 das gemeinsame Betätigungssignal 60 generiert und mittels des induktiven Übertragers 51.1 von einem bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehenden Ort zu der drehbaren Baugruppe übertragen. Dort werden die jeweiligen Signalkomponenten 61, 62.1, 62.2 mittels der Signalfilter 41, 42.1, 42.2 unter Verwendung ausschließlich passiver Bauteile extrahiert. Die Signalkomponenten 61, 62.1, 62.2 werden dann weiter an die aktiven Ansteuerschaltungen 210, 220.1, 220.2 für die Aktoren 21, 22.1, 22.2 geleitet, welche die Aktoren je nach Wert der Signalkomponente (z.B. „0“ bzw. „nicht vorhanden“ oder „1“) auf Masse ziehen oder auf die Versorgungsspannung U_Act.
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Hierdurch können drei verschiedene Aktoren mittels zweier Übertrager angesteuert werden, wobei dabei ein Übertrager ausschließlich der Energieversorgung dient. Dies hat den Vorteil, dass die Anforderungen an die Filtergüte geringer sind. Ferner wird durch die Verwendung eines gemeinsamen Kerns Bauraum eingespart bei gleichzeitig erhöhter Effizient der Übertrager. Die Aktoren können, anstatt nur eine Einfachkupplung zu betätigen, auch auf zwei Einfachkupplungen verteilt sein und auch die Anzahl der Aktoren und der damit verbundenen Bauteile kann anstatt 3 auch 2, 4, 5, 6 oder mehr betragen. Durch die Verwendung passiver Bauteile für die Austrennung der Signalkomponenten aus dem Betätigungssignal ist eine besonders einfach zu realisierende Signalverarbeitung möglich und zumindest für das Extrahieren der Signalkomponenten ist keine Versorgungsspannung nötig.
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6 zeigt ein Frequenzspektrum des Betätigungssignals 60 sowie der über den Übertrager 51.2 übertragenen Spannung aus 5. Die Frequenzen f1 bis f3 der Signalkomponenten 61, 62.1, 62.2 des Betätigungssignals 60 sind jeweils unterschiedlich und höher als die Frequenz f_E der über den Übertrager 51.2 übertragenen Spannung. Durch die spektrale Trennung der über den Übertrager 51.2 übertragenen Spannung sowie die separate Übertragung mittels eines eigenen Übertragers 51.2 wird eine gegenseitige Beeinflussung vermieden, wodurch die Anforderungen an die Filtergüte reduziert werden.
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Bevorzugt wird das Betätigungssignal 60 und die zur Versorgung übertragene Spannung mit einem derartigen Freqeunzschema über eine gemeinsame Übertragungseinrichtung (z.B. Schleifring oder induktiver Übertrager) übertragen. Dies hat den Vorteil, dass durch die spektrale Trennung immer noch die einzelnen Komponenten verwendbar sind, jedoch ein Übertrager und somit Bauraum und Kosten eingespart werden können.
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7 zeigt ein Frequenzspektrum der Signale einer Kupplung ähnlich wie in 5 und 6 wobei die Kupplung jedoch sechs Aktoren aufweist. Bevorzugt ist die Kupplung eine Doppelkupplung und drei Aktoren sind für die Betätigung der einen Einfachkupplung und drei Aktoren für die Betätigung der anderen Einfachkupplung vorhanden. Das Betätigungssignal weist zumindest sechs Signalkomponenten mit unterschiedlichen Frequenzen f1 bis f6 auf, die über eine Übertragungseinheit von dem feststehenden Ort zu der rotierenden Baugruppe übertragen werden. In dem Fall, dass die Kupplung einen einziger Übertrager aufweist, wird auch die Versorgungsspannung mit der Frequenz f_E dem Betätigungssignal überlagert.
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Hierdurch wird eine große Anzahl an Aktoren mit einer minimalen Anzahl an Übertragungseinheiten ansteuerbar, die z.B. zur Betätigung einer Doppelkupplung verwendbar sind.
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8 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplung 1 mit einem induktiven Übertrager 50, welcher eine Luftspaltfläche senkrecht zur Kupplungsachse aufweist. Der Übertrager ist in dieser und den noch folgenden 9 und 10 zwischen der Kupplung 1 und dem Getriebe angeordnet und weist jeweils ein Teil auf, welches an der sich drehenden Baugruppe 10 angeordnet ist und ein Teil, welches an einem bezüglich der drehbaren Baugruppe 10 feststehenden Ort 11 angeordnet ist.
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Hierdurch kann das Spaltmaß bei der Montage besonders leicht eingestellt werden, z.B. wie bereits beschrieben.
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9 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplung 1 mit zwei induktiven Übertragern 50.1 und 50.2, welche konzentrische Luftspaltflächen zur Kupplungsachse mit unterschiedlichen Radien aufweisen. Die Kupplung 1 ist eine Doppelkupplung mit mindestens einem Aktor 21 für die eine und mit mindestens einem weiteren Aktor 22 für die andere Einfachkupplung. Der Übertrager 50.2 ist radial um den Übertrager 50.1 angeordnet, wodurch axialer Bauraum eingespart werden kann.
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Entweder wird einer der Übertrager 50.1, 50.2 für die Übertragung eines Betätigungssignals enthaltend die für den/die Aktoren der einen Einfachkupplung bestimmten Signalkomponenten verwendet und der andere Übertrager wird für die Übertragung eines Betätigungssignals enthaltend den/die für die Aktoren der anderen Einfachkupplung bestimmten Signalkomponenten verwendet. Die Energieversorgung erfolgt dann entweder über einen oder beide Übertrager, den Signalkomponenten überlagert oder separat mit einem weiteren Übertrager oder Schleifring. Zumindest über einen der Übertrager werden entweder zumindest zwei Signalkomponenten oder eine Signalkomponente und eine Versorgungswechselspannung übertragen.
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Oder es wird einer der Übertrager 50.1, 50.2 für die Übertragung eines Betätigungssignals enthaltend die für alle Aktoren der einen Doppelkupplung bestimmten Signalkomponenten verwendet und der andere Übertrager für die Übertragung der Versorgungswechselspannung verwendet.
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10 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplung wie in 9, wobei jedoch die Übertrager 50.1 und 50.2 axial hintereinander angeordnet sind und überlappende Radien aufweisen, wodurch radialer Bauraum eingespart werden kann und insbesondere ein solcher Bauraum belegt wird, welcher bei bisher üblichen Kupplungen mit Einrücklagern und Betätigungshebeln von der Betätigungseinrichtung belegt wird.
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Mit dieser Erfindung mehrere mitdrehende Aktoren ansteuerbar, wobei mittels Verwendung von Signalfiltern die Möglichkeit besteht, eben keine aktive Elektronik zum Extrahieren der Steuerungskomponenten im Betätigungssignal verwenden zu müssen. Hierfür sind bevorzugt Frequenzfilter, z.B. Band-, Hoch- und Tiefpassfilter vorgesehen, die die entsprechenden Ansteuerungssignale nur an den entsprechenden Aktor durchlassen. Die Filter sind mit den Aktoren im drehenden Teil zugeordnet. Bevorzugt wird die Energie für die Aktoren von dem stehenden in den drehenden Teil der Kupplung übertragen. Durch Verwendung von Signalfiltern wird für mehrere Einzelaktoren im drehenden Teil nur ein Übertrager benötigt. Die Verteilung der Energie auf die einzelnen Aktoren wird bevorzugt durch die Ansteuerelektronik im stehenden Teil gewährleistet. Im drehenden Teil ist somit nur ein Minimum an Elektronik notwendig. Dies ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich des benötigten Bauraums, der Kosten sowie der mechanischen und thermischen Belastung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 10
- drehbare Baugruppe der Kupplung
- 11
- bezüglich der drehbaren Baugruppe feststehender Ort
- 20
- elektrisch betriebene Betätigungseinrichtung
- 21
- erster Aktor
- 22
- weiterer Aktor
- 30
- Signalgeber
- 31
- Mischer
- 41
- erstes Signalfilter
- 42
- weiteres Signalfilter
- 50
- Übertragungskanal
- 51
- Übertragungseinrichtung
- 60
- Betätigungssignal
- 61
- erste Signalkomponente
- 62
- weitere Signalkomponente
- 70
- Energieversorgungsübertragungskanal
- 71
- Wechselrichter
- 72
- Vierquadrantensteller
- 73
- Ansteuerschaltung für den Vierquadrantensteller
- 74
- Gleichrichter
- 75
- Glättungsfilter
- 76
- Versorgungsspannungsquelle
- 210
- Ansteuerschaltung für den ersten Aktor
- 220
- Ansteuerschaltung für den weiteren Aktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009015151 A1 [0002]
