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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für die Doppelkupplung
für die
Doppelkupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Doppelkupplung eine
erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist und über die
erste Kupplung die Kurbelwelle des Motors mit einer ersten Getriebeeingangswelle
und über
die zweite Kupplung die Kurbelwelle des Motors mit einer zweiten
Getriebeeingangswelle zur Übertragung
eines Drehmomentes kuppelbar sind, wobei die erste Kupplung ein
erstes Ausrücklager
und die zweite Kupplung ein zweites Ausrücklager aufweist und wobei
die jeweiligen Betätigungskräfte, insbesondere Ausrück- bzw. Einrückkräfte für die erste
und zweite Kupplung durch mindestens einen Aktuator, vorzugsweise
zwei jeweilige Aktuatoren, und über
mindestens zwei auf die jeweiligen Ausrücklager wirkenden Zwischenelemente
realisierbar sind.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedlich ausgebildete Doppelkupplungen
für entsprechende Doppelkupplungsgetriebe
bekannt. Insbesondere Doppelkupplungsgetriebe sind in jüngster Vergangenheit
immer mehr in den Blickpunkt der Kraftfahrzeugentwickler gerückt, da
durch diese Technologie der Fahrkomfort moderner Automatikgetriebe
mit dem hohen Wirkungsgrad von manuell geschalteten Stufengetrieben
verbunden werden kann. Die bekannten Doppelkupplungsgetriebe bestehen
dabei aus zwei voneinander unabhängigen
Teilgetrieben in einem Gehäuse,
von denen das eine vzw. die ungeraden, das andere vzw. die geraden
Gangstufen umfasst. Die Verbindung des Getriebes mit dem Antriebsmotor
erfolgt dabei über
zwei koaxiale Getriebeeingangswellen, die jeweils mit einer Kupplung
zur reifenschlüssigen Übertragung
der Antriebsenergie gekoppelt sind. Bei den Schaltvorgängen werden
die Kupplungen derart in Eingriff gebracht, dass durch eine gezielte Übergabe
der Antriebsenergie von einer auf die andere Kupplung ein ununterbrochener Vortrieb
des Kraftfahrzeuges und damit ein zugkraftunterbrechungsfreies Fahren
ermöglicht
wird. Um ein solches Verhalten optimal gestalten zu können, ist eine
präzise
Veränderung
der übertragenen
Kupplungsmomente über
die Anpassung der wirksamen Anpresskräfte notwendig. Dieser Vorgang
kann nur über
einen geeigneten Regelprozess zufriedenstellend umgesetzt werden,
der wiederum über
Sensoren eine möglichst
genaue Information über
die aktuell übertragenden
Kupplungsmomente enthalten muss. Da diese Momenteninformationen
im allgemeinen nicht direkt zugänglich
sind, werden hierfür andere
Größen aus
der Kupplungs-Betätigungsstrecke
herangezogen, deren Wert um so genauer das übertragene Drehmoment wiedergeben,
je näher
die Messgröße am Reibkontakt
der Kupplungen liegt.
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Zur
Betätigung
der Schaltungen sind im Stand der Technik unterschiedliche Doppelkupplungen
bzw. entsprechende unterschiedliche Betätigungseinheiten für diese
Doppelkupplungen bekannt. So ist eine Betätigungseinheit bekannt (
DE 199 36 886 A1 ),
die ein entsprechendes Betätigungsgestänge als
Zwischenelemente aufweist, wobei ein erster und zweiter Aktuator
auf das jeweilige als Betätigungsgestänge ausgeführte Zwischenelement einwirkt,
dass jeweils wiederum mit einer ersten bzw. zweiten Kupplung der
Doppelkupplung wirksam verbunden ist. Schließlich ist eine Betätigungseinheit
bei einer Doppelkupplung bekannt (DE-U-1 873 413) bei dem die Betätigungseinheit
zwei schwenkbar angelenkte Hebelelemente aufweist, die jeweils eine
axialverschiebbare Kolbeneinheit entsprechend verschieben um die
erste bzw. zweite Kupplung wirksam zu betätigen.
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Bei
den bisher verwendeten Kupplungen einer Doppelkupplung, insbesondere
mit trockenen Reibbelägen,
wird die Veränderung
der Anpresskräfte
in der Regel über
eine axiale Bewegung von Ausrücklagern
realisiert, die wiederum ein Hebelsystem/Betätigungsgestänge/Tellerfedern innerhalb
der Kupplung auslenken, wobei das Maß der Auslenkung proportional
zur Veränderung
der jeweiligen Anpresskraft ist. Diese axiale Bewegung der Lager,
insbesondere der Ausrücklager,
muss über
eine geeignete Betätigungseinheit
mit hohem Wirkungsgrad vorgenommen werden, um eine präzise Momentenübergabe
zu gewährleisten.
Die für
eine Stellbewegung erforderliche Betätigungskraft, insbesondere die
Ein- bzw. Ausrückkraft,
kann durch ein mechanisches, elektrisches oder auch hydraulisches
Stellglied auf die Betätigungseinheit
aufgebracht werden. Vorzugsweise werden derartige Betätigungseinheiten
außerhalb
des Gehäuses
der Doppelkupplung festmontiert und werden dann durch das entsprechende
Getriebesteuergerät
des Kraftfahrzeugs mit den erforderlichen Informationen über die
erforderliche Stellbewegung versorgt.
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Herkömmliche
Kupplungssysteme sind im allgemeinen direkt mit der Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors gekoppelt, was zur Folge hat, dass die Kupplungsbetätigungskräfte als
Axialkräfte
auf die Lage des Motors wirken. Bei der Verwendung einer Doppelkupplung
erhöhen
sich diese Kräfte
wenigstens während
der Schaltvorgänge
entsprechend. Sind hohe Anforderung an die Dynamik der Schaltvorgänge gestellt,
so müssen
die Kupplungen stets an der Schlupfgrenze betrieben werden, d. h.
die Anpresskräfte
sind gerade so hoch, dass die Kupplungen nicht durchrutschen. Bei
einer solchen Kupplungsregelung wirken die hohen Axialkräfte kontinuierlich
auf die Kurbelwelle, was zu Schädigungen
der Bauteile führen könnte. Dies
kann dadurch vermieden werden, dass die Kupplungsbetätigungskräfte innerhalb
der Kupplung aufgenommen werden, so dass sich die gesamte Doppelkupplung
im bezug auf die Axialkräfte
gegenüber
den angrenzenden Bauteilen, insbesondere der Kurbelwelle kraftfrei
verhält. Bei
den bisher bekannten Ausführungsformen
von Doppelkupplungen wird dies durch ein zusätzliches Stützlager in gemeinsamen Kupplungsdeckel
erreicht, was alle durch die Kupplungsbetätigung verursachten Axialkräfte aufnimmt.
Dabei sind Ausführungen
bekannt, bei denen die Betätigungseinheit
ein fester Bestandteil, also integraler Bestandteil der Doppelkupplung
ist.
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Im
Ergebnis sind die im Stand der Technik bekannten Doppelkupplungen
bzw. Betätigungseinheiten
für Doppelkupplungen
noch nicht optimal ausgebildet. Einerseits ist deren Konstruktionsgebilde aufgrund
der zu realisierenden Kraftkompensation durchaus komplex und erfordert
entsprechenden Bauraum, andererseits sind die bisher bekannten Betätigungseinheiten
ebenfalls konstruktiv sehr aufwendig und benötigen ebenfalls viel Bauraum.
Insbesondere die oben genannten „Zwischenelemente" sind teilweise so
ausgebildet bzw. angeordnet, dass der Bauraum der Betätigungseinheit
enorm ist. Dadurch bedingt muss einerseits der Platz im Motorraum
eines Kraftfahrzeugs sehr groß sein,
andererseits können
andere Bauteile nicht optimal platzsparend angeordnet werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit
für die
Doppelkupplung eines Kraftfahrzeuges anzugeben, deren Bauraumbedarf
einerseits minimiert ist, andererseits deren Stellbewegungen aber
optimal steuerbar ist.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, dass das erste Zwischenelement
als schwenkbarer erster Betätigungshebel
ausgeführt
ist und dass das zweite Zwischenelement als schwenkbarer zweiter
Betätigungshebel
ausgeführt
ist und mindestens ein Betätigungshebel
eine Ausnehmung und/oder Aussparung aufweist, und dass die Betätigungshebel
derart schwenkbar angelenkt sind, so dass der zweite Betätigungshebel
in der Ausnehmung und/oder Aussparung des ersten Betätigungshebels
(oder umgekehrt) anordenbar oder – zumindest zeitweise – lagerbar
ist. Durch die Ausbildung der Zwischenelemente als Betätigungshebel
und zwar derart, dass zumindest ein Betätigungshebel eine Ausnehmung
und/oder Aussparung aufweist, in die der jeweils andere Betätigungshebel
so anordenbar ist, dass er – zumindest
zeitweise – in
Abhängigkeit
seiner jeweiligen aktuellen Position dann in der jeweiligen Ausnehmung
und/oder Aussparung angeordnet ist, wird enormer Bauraum gespart.
Der erste und zweite Betätigungshebel
sind also quasi in der gleichen Ebene angeordnet und liegen daher „ineinander". Es ist denkbar,
dass der erste oder der zweite Betätigungshebel die entsprechende
Ausnehmung bzw. Aussparung aufweist. Entscheidend ist, dass mindestens
einer der beiden Betätigungshebel
zumindest eine Aussparung bzw. Ausnehmung aufweist, in der der jeweils
andere Betätigungshebel dann
anordenbar bzw. lagerbar ist, so dass der entsprechende Bauraum
entsprechend eingespart wird. Derartige Ausnehmungen und/oder Aussparungen können die
unterschiedlichsten Formen annehmen. Entscheidend ist, dass die
Betätigungshebel
möglichst
nah ineinander oder nebeneinander liegen. Da die im Stand der Technik üblichen „Zwischenelemente" hier als entsprechende
Betätigungshebel
ausgeführt
sind, werden die eingangs beschriebenen Vorteile beibehalten, wobei
die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind. Im Ergebnis ist
daher eine optimierte Betätigungseinheit
für eine
Doppelkupplung geschaffen.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die
erfindungsgemäße Betätigungseinheit
in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierfür
darf zunächst
auf die den Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen
werden. Im folgenden soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung und der dazugehörenden Zeichnung
näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt
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1 in einer schematischen
Darstellung, teilweise geschnitten von der Seite eine Doppelkupplung
mit einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit
und
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2a bis 2e Einzelteile der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit
in schematischer perspektivischer Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen – zumindest teilweise – eine Betätigungseinheit 1,
sowie in 2 Einzelteile
der Betätigungseinheit 1 der
in 1 ebenfalls dargestellten
Doppelkupplung 2.
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Die
Betätigungseinheit 1 für die Doppelkupplung 2 eines
nicht dargestellten Kraftfahrzeuges weist eine erste Kupplung 3 und
eine zweite Kupplung 4 auf. Über die erste Kupplung 3 ist
die Kurbelwelle 5 des Motors des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges
mit einer ersten Getriebeeingangswelle 6 kuppelbar. Weiterhin
ist über
die zweite Kupplung 4 die Kurbelwelle 5 des Motors
mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 7 zur Übertragung
eines Drehmomentes kuppelbar. Die einzelnen Bestandteile der ersten
und zweiten Kupplung 3 und 4 sind hier gut in der 1 erkennbar aber nicht im
einzelnen näher bezeichnet,
da im Stand der Technik entsprechend bekannt.
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Die
erste Kupplung 3 weist ein erstes Ausrücklager 8 und die
zweite Kupplung 4 ein zweites Ausrücklager 9 auf, wobei
die jeweiligen Betätigungskräfte, vzw.
die Ausrück-
bzw. Einrückkräfte Fa bzw.
Fb durch mindestens einen Aktuator, hier zwei jeweilige Aktuatoren
realisierbar sind und wobei entsprechende Zwischenelemente 10 und 11 vorgesehen
sind, die auf die jeweiligen Ausrücklager 8 und 9 wirken.
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Die
zuvor beschriebenen Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass das
erste Zwischenelement 10 als schwenkbarer erster Betätigungshebel 10a ausgeführt ist
und dass das zweite Zwischenelement 11a als schwenkbarer
zweiter Betätigungshebel 11a ausgeführt ist
und mindestens ein Betätigungshebel
(10a bzw. 11a) eine Ausnehmung und/oder Aussparung 12 aufweist,
und dass die Betätigungshebel 10a und 11a derart
schwenkbar angelenkt sind, so dass der zweite Betätigungshebel 11a in
der Ausnehmung und/oder Aussparung 12 des ersten Betätigungshebels 10a (oder
umgekehrt) anordenbar oder – zumindest
zeitweise – lagerbar
ist.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip
liegt grundsätzlich
darin, dass die Betätigung
der ersten und zweiten Kupplung 3 und 4 von zwei „ineinander
geschachtelten" und
voneinander unabhängigen
Betätigungssystemen
realisiert wird, nämlich
durch das erste Zwischenelement 10, das als erster Betätigungshebel 10a ausgebildet
ist und das zweite Zwischenelement 11, das als zweiter
Betätigungshebel 11a ausgebildet
ist. Hierbei ist der erste Betätigungshebel 10a und
auch der zweite Betätigungshebel 11a an
einem Ende an einem ersten Gegenlager 13 bzw. zweiten Gegenlager 14 schwenkbar
angelenkt. An den jeweiligen anderen Enden sind die Betätigungshebel 10a und 11a mit
den entsprechenden ersten und zweiten hier nicht im einzelnen dargestellten
Aktuatoren wirksam gekoppelt. Die Gegenlager 13 und 14 sind
vorzugsweise getriebefest gelagert. Die hier nicht im einzelnen
dargestellten Aktuatoren weisen vorzugsweise Stellgliedstangen 15 und 16 auf,
die in nicht näher
bezeichnete Lager-Ausnehmungen des ersten und zweiten Betätigungshebels 10a bzw. 11a eingreifen
bzw. hier mit den entsprechenden Kontaktflächen in Kontakt stehen, wie
gut aus der 1 ersichtlich
ist.
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Wie
ebenfalls die 1 zeigt,
weist der erste und zweite Betätigungshebel 10a und 11a jeweils
einen mit den jeweiligen Druckstücken 17 und 18 der Ausrücklager 8 und 9 in
Kontakt stehenden Wirkbereich 19 und 20 auf. Anders
ausgedrückt
die Druckstücke 17 und 18 werden über den
ersten und zweiten Betätigungshebel 10a bzw. 11a entsprechend verschoben,
so dass auch die Ausrücklager 8 und 9 entsprechend
verschoben werden können,
um die entsprechende erste bzw. zweite Kupplung 3 und 4 zu öffnen bzw.
zu schließen.
Hierfür
sind zwischen den jeweiligen Ausrücklagern 8 und 9 und
den Kupplungen 3 und 4 vzw. weitere Betätigungsgestänge 21a, 21b und 21c vorgesehen,
die direkt oder indirekt auf die jeweiligen Kupplungshälften der
beiden Kupplungen 3 und 4 wirken.
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Die
Betätigungsgestänge 21a, 21b und 21c, die
Ausrücklager 8 und 9 und
die Druckstücke 17 und 18 der
Ausrücklager 8 und 9 sind
im wesentlichen innerhalb des Gehäuses der Doppelkupplung 2 angeordnet.
Hierzu ist vzw. ein entsprechender Kupplungsdeckel 22 vorgesehen.
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Im
einzelnen darf nunmehr folgendes ausgeführt werden:
Auf den ersten
Betätigungshebel 10a wird – wie in 1 dargestellt – die entsprechende
Betätigungskraft
Fa aufgebracht, so dass der erste Betätigungshebel 10a um
das erste Gegenlager 13 in Richtung auf die Doppelkupplung 2 geschwenkt
wird. Dabei wird das erste Druckstück 17, das hier vzw.
rohförmig ausgeführt ist,
entlang eines Führungskörpers 23a ebenfalls
in Richtung auf die Doppelkupplung 2 verschoben, wodurch
sich das erste Ausrücklager 8 bewegt.
Dieses wiederum steht in direktem und/oder indirektem Kontakt zu
dem Betätigungsgestänge 21a und 21b,
die sogenannten „Kupplungshebel", die zumeist auch
als Tellerfedern ausgeführt
sind bzw. sein können,
so dass durch die Verschiebung des ersten Ausrücklagers 8 die Anpresskraft
und damit das von der ersten Kupplung 3 übertragende
Moment verändert
wird.
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Analog
und unabhängig
davon ist auch eine gleichzeitige oder separate Bewegung des zweiten Betätigungshebels 11a möglich, wo
hier die entsprechende Betätigungskraft
Fb aufgebracht werden kann. Die Betätigungskräfte Fa und Fb werden über den
Kupplungsdeckel 22 geleitet und von einem Stützlager 24 aufgenommen,
dass über
einen Lagerflansch 25 getriebefest montiert ist. Hierbei
bildet der untere Schenkel des Lagerflansches 25 gleichzeitig den
Führungskörper 23a für das erste
Druckstück 17, wobei
zur Führung
des zweiten Druckstückes 18 ein zweiter
Führungskörper 23b vorgesehen
ist.
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Vorzugsweise
ist hierdurch die gesamte Doppelkupplung 2 axial unbeweglich
gelagert. Da jedoch aufgrund von Lagetoleranzen bei der Fertigung und
der Montage (Getriebe und Motor an Getriebe) sowie von betriebsbedingten
Axialbewegungen der Kurbelwelle 5 Axialkräfte auf
die Kurbelwelle 5 eingeleitet werden, sollte vzw. ein biege-
und taumelweiches Verbindungselement 26 zwischen Kurbelwelle 5 und
Doppelkupplung 2 vorgesehen werden. Dieses Verbindungselement 26 kann
als biegeweiches Mitnehmerblech ähnlich
wie bei Stufenautomatikgetrieben mit Drehmomentwandler ausgeführt werden, muss
jedoch eine deutlich geringere Steifigkeit aufweisen als verfügbare Serienteile
aus Automatik- Getriebeanwendungen.
Dadurch kann innerhalb dieses Verbindungselementes 26 zumindest
teilweise ein axialer Toleranzausgleich zwischen Motor, Getriebe und
Doppelkupplung 2 erreicht werden. Diese Funktion kann auch
durch zusätzliche
Bauteile in bzw. an dem Verbindungselement 26 realisiert
werden, die auch nach dem Verbinden von Motor mit Getriebe vor der
Verschraubung des Verbindungselementes 26 mit der Doppelkupplung 2 vorgesehen
werden können.
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Das
hier beschriebene Kupplungsbetätigungssystem
bzw. die hier beschriebene Betätigungseinheit 1 kann
grundsätzlich
sowohl für
aktiv geschlossene (normally open) als auch für aktiv geöffnete (normally closed) Kupplungen
verwendet werden und weist gegenüber
anderen bekannten Ausführungen
mehrere Vorteile auf. Die entsprechend als Betätigungshebel ausgeführten Zwischenelemente
weisen eine hohe Lebensdauer auf, sie sind einfach und kostengünstig zu
fertigen und besitzen einen hohen Wirkungsgrad, wodurch eine optimale
Einstellbarkeit der ersten und zweiten Kupplung ermöglicht wird.
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Weiterhin
wird durch eine geringe Hysterese eine Sensierung im Stellglied
der Kupplungsbetätigung
ermöglicht,
wodurch der Sensor als Bestandteil der Auswerteelektronik konzipiert
werden kann. Damit können
auch komplizierte Kabel-, Steckkontaktverbindungen des Sensors mit
der Auswerteelektronik vermieden werden, was die Signalverfügbarkeit und
Lebensdauer deutlich verbessert.
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Die
hier dargestellte ineinander verschachtelte Anordnung der Betätigungshebel
ermöglicht
die Verwendung von Kupplungs- und Stützlagern mit geringerem Durchmesser
als bisher bekannt, wodurch die Lebensdauer der Lager tendenziell
erhöht
wird.
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Schließlich ist
eine getriebefeste Abstützung der
Doppelkupplung 2 über
das Stützlager 24 realisiert,
wodurch in Verbindung mit dem biege- und taumelweichen ausgebildeten
Verbindungselement 26 die auf den Motor wirkenden Axialkräfte verringert werden
und wodurch zumindest teilweise eine Kompensation der Betätigungskräfte realisiert
wird.
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Denkbar
ist natürlich,
dass die Anordnung der Ausrück-
und Stützlager
entsprechend variiert werden kann, also diese radial bzw. axial
angeordnet werden können.
Ebenso könnte
das Stützlager 24 auf
einer der Getriebeeingangswellen 6 oder 7 oder am
Motorgehäuse
befestigt werden. Vzw. kann mit Hilfe der Justierung der Gegenlager 13 und 14 eine Einstellung
der Lagerstellwege und Aktuatorstellwege erfolgen, bspw. durch das
Hinein- und/oder
Herausschrauben der hier nicht näher
bezeichneten Kugelzapfen der Gegenlager 13 und 14.
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Anstelle
der vzw. hier dargestellten rohrförmigen Druckstücke 17 und 18 sind
auch mehrteilige Übertragungselemente
in Form von Stößelstangen, Kugeln
oder ähnlichem
denkbar. Schließlich
könnten die
hier dargestellten Druckstücke 17 und 18 als
integrale Bestandteile der Ausrücklager 8 und 9 ausgeführt werden.
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Zur
Modulation der Betätigungskräfte Fa und Fb
können
die ersten und zweiten Betätigungshebel 10a und 11a mit
einer gezielten Elastizität
kombiniert werden. So kann dies durch eine geeignete Werkstoffwahl
bzw. geometrische Anpassungen der Betätigungshebel oder durch ein
elastisches Zusatzelement realisiert werden. Solche Zusatzelemente
können
sich dabei auch an anderen Bauteilen, wie z.B. dem Getriebegehäuse abstützen.
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Einzeldarstellungen
der Betätigungseinheit 1 sind
in den 2a bis 2f dargestellt, wobei die 2a den ersten Betätigungshebel 10a,
die 2b den zweiten Betätigungshebel 11a,
die 2c das erste Druckstücke 17,
die 2d das zweite Druckstück 18 und
die 2e den Führungskörper 23b darstellen.
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Im
Ergebnis sind mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit 1 entscheidende
Vorteile erzielt.
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- 1
- Betätigungseinheit
- 2
- Doppelkupplung
- 3
- erste
Kupplung
- 4
- zweite
Kupplung
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- erste
Getriebeeingangswelle
- 7
- zweite
Getriebeeingangswelle
- 8
- erstes
Ausrücklager
- 9
- zweites
Ausrücklager
- 10
- erstes
Zwischenelement
- 10a
- erster
Betätigungshebel
- 11
- zweites
Zwischenelement
- 11a
- zweiter
Betätigungshebel
- 12
- Ausnehmung
- 13
- erstes
Gegenlager
- 14
- zweites
Gegenlager
- 15
- Stellgliedstange
- 16
- Stellgliedstange
- 17
- Druckstück
- 18
- Druckstück
- 19
- Wirkbereich
- 20
- Wirkbereich
- 21a
- Betätigungsgestänge
- 21b
- Betätigungsgestänge
- 21c
- Betätigungsgestänge
- 22
- Kupplungsdeckel
- 23a
- Führungskörper
- 23b
- Führungskörper
- 24
- Stützlager
- 25
- Lagerflansch
- 23
- Verbindungselement
- Fa
- Betätigungskraft
- Fb
- Betätigungskraft