CN110925323A - 带有弹簧加载的推力件的电动离合器致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动离合器致动器(1)，其具有壳体(3)、电动机(10)、齿轮机构(20)和主轴(60)，主轴(60)通过齿轮机构(20)联接到电动机，其中主轴(60)具有作用在释放活塞(64)上的输出端(62)，释放活塞(64)可移动地安装在引导活塞(68)上，引导活塞(68)安装成可在壳体(3)中移动，其中释放活塞(64)被弹性地推离引导活塞(68)朝向主轴(60)。

Description

带有弹簧加载的推力件的电动离合器致动器
技术领域
本发明涉及一种电动离合器致动器，其具有壳体、电动机、齿轮机构和通过齿轮机构联接到电动机的主轴。
背景技术
离合器致动器尤其用于致动卡车传动系中的离合器。为此，主轴联接到离合器的分离杆，使得可以通过必要的分离行程施加期望的分离力。
分离力可以在6200N的数量级，并且用于分离的主轴的行程可以在80mm的数量级。在离合器分离期间，必须在约180毫秒内克服该行程。
尽管对离合器致动器的性能有如此高的要求，但后者必须非常平稳地运行，因为在发生故障时，需要通过离合器弹簧将主轴压回到接合位置。适当的返回速度约为每秒5毫米。
为了获得所需的主轴轴向行程，主轴接合在主轴螺母中，主轴螺母可以通过齿轮机构由电动机设定为旋转。然而，如果振动作用在主轴和/或主轴螺母上很长时间，则主轴螺母和主轴之间的连接(特别是如果主轴螺母是循环滚珠螺母)相对容易磨损。
发明内容
因此，本发明的目的在于防止主轴和主轴螺母的过度磨损。
为了实现该目的，根据本发明提供了主轴具有作用在释放活塞上的输出端，该释放活塞可移动地安装在引导活塞上，该引导活塞安装成可在壳体中移动，其中释放活塞被弹性地推离引导活塞朝向主轴。引导活塞确保主轴相对于主轴螺母被精确地引导，从而没有或至多最小的径向载荷起作用。当主轴在离合器接合时移回到起始位置时，释放活塞可从引导活塞抬起。在释放活塞从引导活塞抬起的状态下，由车辆和离合器施加在引导活塞上的振动和颠簸不会传递到主轴。同时，由于释放活塞相对于引导活塞被弹性地推动，因此所有部件继续位于限定的位置。
优选使用释放弹簧，以便相对于彼此弹性地推动引导活塞和释放活塞。该弹簧尤其可以是压缩弹簧，通过该压缩弹簧可以产生期望的轴向预加载力。
释放弹簧可以布置在弹簧容纳部内的大部分中，弹簧容纳部形成在释放活塞内。这导致轴向安装空间短。
释放弹簧优选地围绕释放活塞的外表面延伸。因此可以使用具有大直径的压缩弹簧。
用于释放弹簧的常规预加载力在10N至50N的数量级。一方面，该力足够高，以使所有部件相对于彼此被推动到足够强的程度并且用于要防止相对于彼此的振动。另一方面，该力足够低，以防止作用在引导活塞上的力传递到释放活塞并因此传递到主轴的情况。
为了使主轴在起始位置与引导活塞分离，如果释放活塞相对于引导活塞的行程在1mm至4mm的数量级并且优选地在2mm的数量级则足够了。
释放活塞优选地布置在引导活塞中的容纳部中，所述容纳部在面向主轴的端部处开口，其中固定环布置在容纳部的轴向端部处，使得释放活塞被捕获地保持在容纳部中。固定环使得可以将释放活塞与释放弹簧一起预先组装在引导活塞上，从而简化了最终组装。
根据替代实施例，释放活塞也可以插入引导活塞中的容纳部中并且闩锁在其中。从而可以省去单独的固定环的安装。
凹槽可以设置在释放活塞和/或引导活塞的外周表面中，滑动元件布置在该凹槽中。该滑动元件允许引导活塞在引导活塞的容纳部中的摩擦或释放活塞在引导活塞中的摩擦减小。
滑动元件可以是开槽环，其可以很容易地安装在凹槽中。环可以特别由PTFE构成。
根据优选实施例，环形磁体布置在引导活塞上，可以通过位置传感器检测其磁场。以这种方式，可以在离合器致动时检测引导活塞的位置。
环形磁体可以通过压缩弹簧压靠在引导活塞上，该压缩弹簧支撑在引导活塞和壳体之间。因此，环形磁体不需要单独固定在引导活塞上。
附图说明
下面将基于附图中示出的实施例来描述本发明。在这些图中：
-图1示出了离合器致动器的纵向剖视图；
-图2以放大比例示出了图1的细节II；
-图3示出了沿图2的平面III-III的截面；
-图4示出了沿图3的平面IV-IV的截面；
-图5以放大比例示出了图1的细节V；
-图6以截面平面示出了图1的区域VI，其不同于图1的截面平面；
-图7示出了沿图6的平面VII-VII的截面；
-图8以透视图示出了图6中所示的插头；
-图9以放大视图示出了图6中所示的印刷电路板的替代接触；
-图10示出了类似于图3的视图，其中盖和中间齿轮已被移除；
-图11以透视图示出了齿轮机构的细节；
-图12以另一透视图示出了齿轮机构的细节；
-图13以透视图示出了用于壳体的盖；
-图14以透视图示出了主轴的滑动引导部；
-图15示出了图14的滑动引导部的剖视图；以及
-图16示出了在分离杆的致动期间主轴的运动路径。
具体实施方式
在图1中可以看到电动离合器致动器，其用于致动摩擦离合器的分离杆，该离合器布置在机动车辆尤其是卡车的传动系中。
离合器致动器1具有电动机10，其通过齿轮机构20联接到主轴螺母40。主轴螺母40沿轴向固定并安置在主轴60上，主轴60可通过主轴螺母40的旋转在轴向方向上调节。主轴60与压力柱塞80相互作用，压力柱塞80又与离合器(这里未示出)的分离杆相互作用。
主轴螺母40在此是循环滚珠螺母，导致主轴和主轴螺母之间的低摩擦。
离合器致动器1的支撑组成部分是壳体3，其(除了盖5)构造成一体。定子容纳部7和主轴引导部9尤其设置在壳体3中。
由于壳体构造成一体，特别是铸造，因此定子容纳部7和主轴引导部9之间的壁厚可以构造得相对较薄。这总体上导致非常小的尺寸，特别是电动机10的中心轴线与主轴60的中心轴线之间的小距离。
优选使用铝合金作为壳体3的材料。优选使用的制造过程是压铸过程。
电动机10是无刷电动机，其具有定子12和转子14。定子12包含多个定子绕组，其适合于各自的要求。转子14具有多个永磁体。后者布置在电动机轴16上，电动机轴16通过滚动轴承17、18安装在壳体3中。
壳体3在定子容纳部7的底部6上具有安装开口4。安装开口4用于在转子14插入定子12时引导转子14。为此，可以将合适的工具插入到安装开口4中。安装开口4尤其是定位孔。
齿轮机构20具有连接到电动机轴16以便共同旋转的小齿轮22、中间齿轮24以及配属于循环滚珠螺母40的驱动齿26。
驱动齿26在此是驱动齿轮的一部分，该驱动齿轮连接到循环滚珠螺母40以便共同旋转。根据替代实施例，驱动齿26一体地形成在循环滚珠螺母40的外周表面上。
中间齿轮24是两级齿轮，其具有输入齿28和输出齿30，小齿轮22接合在输入齿28中，输出齿30与循环滚珠螺母40的驱动齿26相互作用。可以在图4中特别看出，输入齿28和输出齿30一体地设置在中间齿轮24上。
输出齿30的直径大于输入齿28的直径。结果总体上从电动机轴16向循环滚珠螺母40逐步降低，其数量级为4.2:1至4.4:1。
中间齿轮24本身安装在轴承销32上，轴承销32固定地安装在底板34上。在所示的示例性实施例中，轴承销32被压入底板34中。
中间齿轮24通过两个滚针轴承36安装在轴承销32上。轴密封环38分别设置在滚针轴承36的两侧。
底板34用于接收齿轮机构20的所有部件并且以低公差相对于彼此安装它们。这特别涉及安装电动机轴16的滚动轴承18、安装中间齿轮24的轴承销32以及将循环滚珠螺母40安装在底板34上的滚动轴承42。
底板34是实心金属板，其插入设置在壳体中的肩部中。所述底板可以拧入壳体3中。另外，它通过盖5支撑在壳体3上(具体参见图2)。
滚动轴承42是四点轴承，因为它允许循环滚珠螺母40的中心轴线的定向与其理想定向略微偏离。因此，如果主轴60由于作用的横向载荷而在径向方向上偏转，则循环滚珠螺母40可以最佳地定向。
在所示的示例性实施例中，四点轴承42具有内环43和外环44，内环43压在循环滚珠螺母40的外表面上，外环44相对于壳体固定地保持。
根据实施例变型(未示出)，用于四点轴承42的滚动轴承滚珠的滚道也可以直接磨削到循环滚珠螺母40的外表面中。
主轴60具有输出端62，其布置在图1中的右手侧，所述输出端与引导活塞68相互作用，引导活塞68可移动地容纳在壳体3中并且又与压力柱塞80相互作用。为此，引导活塞68设置有凹形容纳部70，压力柱塞80的背离离合器的分离杆的端部接合在凹形容纳部70中。
引导活塞安装成可在壳体3中的主轴引导部9中移动，从而当径向力分量由压力柱塞80施加时，主轴60也以轴向定向的方式被精确地引导。
引导活塞68具有圆柱形延伸部66，其形成活塞容纳部67，释放活塞64容纳在活塞容纳部67中。在其面向主轴的一侧，释放活塞64具有凹形容纳部，主轴60的输出端62容纳在该凹形容纳部中。
释放活塞64可沿轴向方向在活塞容纳部67中移动，释放弹簧74布置在释放活塞64和引导活塞68之间，并且沿轴向方向将释放活塞64相对于引导活塞68推出活塞容纳部67朝向主轴60。
这里，释放弹簧74布置在形成在延伸部66内的容纳部的底部和释放活塞64上的肩部之间。与所示的释放弹簧74在外部围绕释放活塞64的一部分的实施例不同，释放弹簧74也可以布置在释放活塞64的凹部中，该凹部朝向引导活塞68敞开。
在所示的示例性实施例中，延伸部66在其背离压力柱塞80的开口侧上具有固定环76，从而使得释放活塞64被捕获地保持在延伸部66的活塞容纳部67内。
释放活塞64在其外周表面上具有凹槽78，滑动元件79布置在凹槽78中。滑动元件79在此是由塑料特别是PTFE制成的开槽环。滑动元件79确保释放活塞64能够以低摩擦在延伸部66内沿轴向方向移动。
为了也以低摩擦方式安装引导活塞68，设置两个滑动元件79，它们同样构造为开槽塑料环，其优选由PTFE构成。以与释放活塞64相同的方式，滑动元件79布置在外周表面中的相应凹槽78中。因此，它们在主轴引导部9内引导引导活塞68。
在主轴引导部9中布置有压缩弹簧82，其支撑在循环滚珠螺母40和引导活塞68之间，从而促使它们彼此远离。在循环滚珠螺母40的侧面上，压缩弹簧82在此被支撑在邻接板84上。
在引导活塞68的侧面上，压缩弹簧82支撑在由塑料制成的邻接环86上。后者又抵靠着环形磁体88，其与邻接环86一样布置在延伸部66上。由于压缩弹簧82的作用，环形磁体88定位并保持在引导活塞68上并且随之一起移动。
此外，四点轴承42的外环44通过盘簧89被轴向预加载，从而循环滚珠螺母40始终保持在限定的稳定位置。盘簧通过其外周支撑在四点轴承42的外环44上并且通过其内周支撑在邻接板84上。
环形磁体88与位置传感器90相互作用，位置传感器90布置在引导活塞68的延伸部66的外侧。位置传感器90可以是霍尔传感器或GMR传感器。
作为环形磁体88的替代，也可以使用分段磁体，其在引导活塞68上具有相应的旋转固定。
作为带有霍尔或GMR传感器的测量系统的替代，也可以使用感应测量系统。在这种情况下，将使用目标而不是环形磁体。
提供另一传感器用于检测电动机轴16的旋转。该传感器布置在安装开口4的区域中(具体参见图6至8)。
在电动机轴16上布置有磁体92，其磁场可以由传感器94检测。传感器94尤其是GMR传感器。可替代地，原则上也可以使用霍尔传感器。
传感器94布置在载体上，载体在此由印刷电路板96形成，印刷电路板96固定地连接到由塑料制成的保持器98。在所示的示例性实施例中，印刷电路板96拧到保持器上。
印刷电路板96与保持器98一起布置在凹穴99中，凹穴99相对于电动机轴16的中心轴线在径向方向上延伸并且与安装开口4相交。
为了传感器94的精确功能，重要的是它相对于电动机轴16精确定向。为此，在所示的实施例中使用安装开口4。
与印刷电路板96的保持器98中的保持开口102相互作用的插头100插入安装开口4中。
插头100具有主体部分104，主体部分104的外部尺寸对应于安装开口4的内径。此外，主体部分104设置有密封环106，密封环106密封在安装开口4内。此外，插头100设置有闩锁延伸部108，其被多次开槽，使得其可以在径向方向上被压缩。
闩锁延伸部108接合在保持开口102中，使得保持器98并且因此经由印刷电路板96和传感器94也相对于安装开口4定位。由于安装开口4构造为定位孔，该定位孔与电动机轴16的中心轴线同心，因此传感器94也以电动机轴16的中心轴线为中心。
从图7中可以看出，印刷电路板96在其远离传感器94的端部处具有多个连接触头110。这里，可以连接电缆112，印刷电路板96通过该电缆连接到主板，或连接触头110可以配置为压入式触头(参见图9)，当安装主板114时，该压入式触头插入主板114的相应触头开口中。
图10至13示出了齿轮机构20的细节。
根据这里示出的变型，底板34使用多个螺钉114紧固在壳体3中。
齿轮机构20的特别特征是提供了油脂引导部，其确保齿上存在的油脂不会迁移到其它区域。
油脂引导部首先包括衬套120，衬套120围绕中间齿轮24的输出齿30(除了允许循环滚珠螺母40的驱动齿26接合的区域)。
此外，油脂引导部具有套环122，套环122与盖5一体地构造并且从盖朝向底板34延伸。这里，套环122围绕小齿轮22、中间齿轮24和循环滚珠螺母40的驱动齿26。
在图14和15中可以看出，主轴60如何以旋转固定的方式保持，使得当循环滚珠螺母40被驱动时其不会同步旋转。
在与主轴60的输出端62相对的端部处，主轴60的输出端62设置有滑架130，滑架130以旋转固定的方式安装在主轴60上。为此，主轴60可在该端部处设置有方形几何形状、六边形几何形状或其他合适的几何形状。
滑架130可移动地容纳在滑动引导部132中，其中滑动引导部在内侧设置有两个纵向凹槽134，滑架130的合适凸耳135接合在所述纵向凹槽134中。因此，滑架130可在滑动引导部132内沿轴向方向移动。此外，滑架130可在一定限度内沿径向方向移动，因为凸耳135的尺寸略小于纵向凹槽134的尺寸。
滑动引导部132是由塑料制成的部件，其闩锁在壳体3的盖5中。为此，可以使用闩锁突片136。
图16示出了用于调节压力柱塞80的几何条件。其前端可在由附图标记801和附图标记802指定的两个位置之间调节。位置802对应于处于新状态的分离离合器。在接合位置，压力柱塞80(带有新离合器)的前端位于位置802左侧约25mm处。
压力柱塞80的行程在80mm的数量级，从而在磨损的情况下，可以使用55mm的数量级的行程来重新调节分离杆。
从分离杆的半径(约160mm)和压力柱塞的最大调节行程80mm，导致压力柱塞80在两个最大位置801、802之间枢转运动约4度，因为压力柱塞80的与分离杆相互作用的端部也在接合位置和分离位置之间执行径向运动。
为了使引导活塞68上的载荷尽可能地低，主轴60的中心轴线M定向成使得它大致居中地位于压力柱塞80在两个极限位置801、802中的定向之间。
引导活塞68在主轴引导部9中的可能的移动行程明显大于用于致动离合器的行程。这是因为离合器致动器1用于在磨损的情况下重新调节分离杆。在离合器的新状态中，引导活塞68位于靠近主轴引导部9的右端并且通过致动行程从那里向右调节。在离合器的摩擦衬片的使用寿命结束时，引导活塞68位于主轴引导部9的左端并且通过致动行程从那里向右调节。
当离合器致动器1接合离合器时，也就是说通过循环滚珠螺母40将主轴60向左(相对于图1)驱动而释放分离杆，主轴60总是执行比压力柱塞80的行程大1至2mm的行程。在离合器接合时，通过位置传感器90和环形磁体88，可以识别处于离合器弹簧的作用下的引导活塞68何时不在主轴引导部9内进一步调节。
然而，在引导活塞68停止后，进一步调节主轴60。因此，处于释放弹簧74的作用下的释放活塞64从延伸部66内的活塞容纳部67的底部抬起。为此，电动机10进一步操作，直到释放活塞64与引导活塞68分开功能上所需的距离(约2mm)。为此所需的与电动机10的转数有关的信号由传感器94提供。在释放活塞64和引导活塞68之间的功能上所需的约2mm的距离确保了主轴60且因此循环滚珠螺母40与压力柱塞80分离，且因此没有振动和载荷变化应力可以传递到循环滚珠螺母40。
如果要使离合器分离，则首先移除释放活塞64和引导活塞68之间的间隙。然后，主轴60相对于图1将引导活塞68向右按压，从而使离合器分离。

Claims (13)

1.一种电动离合器致动器(1)，具有壳体(3)、电动机(10)、齿轮机构(20)和主轴(60)，主轴(60)通过齿轮机构(20)联接到电动机，其中，所述主轴(60)具有作用在释放活塞(64)上的输出端(62)，所述释放活塞(64)可移动地安装在引导活塞(68)上，所述引导活塞(68)安装成可在所述壳体(3)中移动，其中，所述释放活塞(64)被弹性地推离引导活塞(68)朝向主轴(60)。
2.根据权利要求1所述的电动离合器致动器，其特征在于，释放弹簧(74)布置在所述释放活塞(64)和引导活塞(68)之间。
3.根据权利要求2所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放弹簧(74)布置在弹簧容纳部内的大部分中，所述弹簧容纳部形成在所述释放活塞(64)内。
4.根据权利要求2所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放弹簧(74)围绕所述释放活塞(64)的外表面延伸。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放弹簧(74)提供10N至50N的数量级的预加载力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放活塞(64)相对于所述引导活塞(68)的行程在1mm至4mm的数量级。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放活塞(64)布置在所述引导活塞(68)上的活塞容纳部(67)中，所述容纳部在面向所述主轴(60)的端部处开口，其中，固定环(76)布置在活塞容纳部(67)的轴向端部处，使得释放活塞(64)被捕获地保持在活塞容纳部(67)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述释放活塞(64)插入到所述引导活塞(68)中的活塞容纳部(67)中并且闩锁在其中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，凹槽(78)设置在所述释放活塞(64)和/或所述引导活塞(68)的外周表面中，其中，滑动元件(79)布置在所述凹槽(78)中。
10.根据权利要求9所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述滑动元件(79)是由塑料特别是PTFE制成的开槽环。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，环形磁体(88)布置在所述引导活塞(68)上。
12.根据权利要求11所述的电动离合器致动器，其特征在于，所述环形磁体(88)通过压缩弹簧(82)压靠在所述引导活塞(68)上，所述压缩弹簧(82)支撑在所述引导活塞(68)和壳体(3)之间。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的电动离合器致动器，其特征在于，位置传感器(90)设置在所述壳体(3)中，通过该传感器检测所述引导活塞(68)的位置。
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