DE10014225A1

DE10014225A1 - Elektromotorischer Kupplungssteller

Info

Publication number: DE10014225A1
Application number: DE10014225A
Authority: DE
Inventors: Erik Maennle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-09-27
Also published as: JP2003528273A; CN1418293A; CZ20022354A3; BR0109330A; KR20020084210A; EP1269035A1; US20040031656A1; WO2001071210A1

Abstract

Bei einem elektromotorischen Kupplungssteller zur Betätigung einer Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, der einen Kupplungsstößel zum Öffnen der Kupplung, einen den Kupplungsstößel (15) über ein selbsthemmendes Schneckengetriebe (14) betätigenden Elektromotor und ein mindestens das Schneckengetriebe (14) aufnehmendes Gehäuse (10) aufweist, ist zur Vergrößerung der Selbsthemmung des Schneckengetriebes (14) in diesem eine ein Reibmoment erzeugende Reibvorrichtung (21) integriert (Fig. 2).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektromotorischen Kupplungssteller zur Betätigung einer Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche, beispielsweise aus der DE 197 29 096 A1 oder der DE 44 33 826 C2 bekannten elektromotorischen Kupplungssteller werden zunehmend in Kraftfahrzeugen zur Komforterhöhung eingesetzt, dies sowohl in stand-alone- Anwendungen, wie bei dem elektromotorischen Kupplungsmanagement, als auch als wesentliche Komponente eines automatisierten Schaltgetriebes, bei welchem das Kupplungspedal entfällt.

Um zusätzlich zu der Komforterhöhung durch Wegfall des Kupplungspedals eine Steigerung des Fahrkomforts durch eine verbesserte Dämpfung des Antriebsstrangs zu erzielen, wird der Kupplungssteller in der Betriebsart "Momentennachführung" bei geschlossener Kupplung betrieben. Bei dieser Betriebsart wird der Kupplungssteller so geregelt, daß die Kupplung geringfügig mehr Drehmoment als das aktuell abgegebene Drehmoment des Verbrennungsmotors übertragen kann. Dies hat den Vorteil, daß sämtliche Laststöße im Antriebsstrang zu einem kurzen Durchdrehen der vorgespannten Kupplung führen und die Stoßenergie durch den idealen Reibungsdämpfer Kupplung in Wärme umgewandelt wird. Dadurch werden Schwingungen des Antriebsstrangs deutlich reduziert, was zu einer großen Komfortsteigerung führt. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verkürzung der Schaltzeiten durch die wesentlich kürzeren Wege beim Öffnen der Kupplung.

Um kleine Elektromotoren im Kupplungssteller verwenden zu können, werden im Kupplungssteller Schneckengetriebe mit Selbsthemmung verwendet, so daß der Kupplungssteller beim Halten der geöffneten Kupplung stromlos in einer vorgegebenen Reglerhysterese betrieben werden kann. Ein Problem bei derartigen Auslegungen besteht darin, daß Schneckengetriebe mit Selbsthemmung prinzipiell einen Wirkungsgrad von < 50% aufweisen müssen. Bei den selbsthemmenden Getrieben ist neben dem geringen Wirkungsgrad auch der Verschleiß der Verzahnung kritisch. Weiterhin ist das Schneckengetriebe nur dann selbsthemmend, wenn die Verzahnung tatsächlich im Eingriff ist. Ist die Verzahnung auch nur kurzzeitig durch Anregung äußerer Schwingungen außer Eingriff, so ist keine Selbsthemmung in diesem Betriebszustand vorhanden. In diesen Fällen erfährt der Kupplungssteller Beschleunigungen die kritisch sind.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektromotorische Kupplungsteller hat den Vorteil, daß durch das von der Reibvorrichtung erzeugte zusätzliche Reibmoment eine zuverlässige Selbsthaltung des Kupplungsstellers im stromlosen Betrieb erreicht wird, die einerseits die Verwendung eines kleinen, kompakten Elektromotors zur Ansteuerung der Kupplung erlaubt und Kupplungsruckeln durch Nachregeln des Reglers bei statischem oder quasistatischem Betrieb vermeidet und andererseits den Betrieb der Kupplung in der Betriebsart Momentennachführung ermöglicht. Durch die Selbsthaltung kann der Lageregler mit einer Reglerhysterese ausgeführt werden. Solange sich der Kupplungssteller innerhalb der Reglerhysterese befindet, kann der Elektromotor stromlos geschaltet werden. Aufgrund der durch das zusätzliche Reibmoment insgesamt größeren Selbsthemmung kann die zulässige Betätigungskraft der Kupplung erhöht werden. Da die Betätigungskraft der Kupplung bei vorgegebenem Kupplungsdurchmesser abhängig von den maximalen Drehmomenten des Verbrennungsmotors ist, können an der Kupplung größere Drehmomente des Verbrennungsmotors zugelassen werden. Dies wird zunehmend wichtig, um moderne Motoren mit durch Benzin- bzw. Dieseldirekteinspritzung ständig steigenden Drehmomenten zu bedienen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen elektromotorischen Kupplungsstellers möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Reibvorrichtung so ausgebildet, daß das Reibmoment an dem Schneckenrad des Schneckengetriebes wirksam ist. Hierzu weist die Reibvorrichtung im Radialabstand von der das Schneckenrad drehend aufnehmenden Achse angreifende Mittel auf, die eine Reibkraft zwischen Schneckenrad und Gehäuse erzeugen. Diese Mittel weisen mindestens eine Reibefläche, die zwischen der Stirnseite des Schneckenrads und einer dazu parallelen Gehäusewand angeordnet ist, und eine das Schneckenrad axial gegen die Gehäusewand vorspannende Feder auf.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines elektromotorischen Kupplungsstellers, überwiegend aufgebrochen gezeichnet,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht einer Federscheibe im Kupplungssteller gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Federscheibe in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in Fig. 1 in Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, dargestellte elektromotorische Kupplungssteller weist ein Gehäuse 10 auf, in dem ein Elektromotor 11, ein aus Schnecke 12 und Schneckenrad 13 bestehendes Schneckengetriebe 14 und ein über das Schneckengetriebe 14 betätigter Kupplungsstößel 15 aufgenommen ist, der eine hier nicht dargestellte Kupplung zwischen dem Antriebsmotor oder der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und einem Getriebe gegen die Kraft einer Kupplungsfeder öffnet. Mittels einer Steuerelektronik 16, die auf einer Leiterplatte 17 im Gehäuse 10 untergebracht ist, wird der Elektromotor 11 während des Haltens der Kupplung in Öffnungsstellung stromlos geschaltet. Die Schnecke 12 des selbsthemmend ausgeführten Schneckengetriebes 14 sitzt drehfest auf der Rotorwelle 18 des Elektromotors 11, während das Schneckenrad 13 auf einer im Gehäuse 10 festgelegten Achse 19 mittels zweier Gleitlager 20 drehend gelagert ist. Die Steuerelektronik 16 steuert darüber hinaus den Elektromotor 11 so an, daß das momentan von der Kupplung übertragbare Kupplungsmoment dem momentanen Motormoment angepaßt ist und stets um einen definierten Betrag größer ist als das momentane Motormoment. Wichtig ist bei einem solchen Betrieb, daß bei geöffneter Kupplung im stromlosen Betrieb des Elektromotors 11 eine zuverlässige Selbsthaltung des Kupplungsstellers gewährleistet ist. Dies wird durch eine im Schneckengetriebe 14 integrierte Reibvorrichtung 21 gewährleistet, die ein zusätzliches Reibmoment erzeugt. Dabei ist die Reibvorrichtung 21 so angeordnet, daß das Reibmoment am Schneckenrad 13 des Schneckengetriebes 14 wirksam ist, wozu die Reibvorrichtung 21 im Radialabstand von der Achse 19 angreifende Mittel zur Erzeugung einer zwischen Schneckenrad 13 und dem Gehäuse 10 wirksamen Reibkraft besitzt.

Im einzelnen weist die Reibvorrichtung 21 eine zwischen der Stirnseite des Schneckenrads 13 und einer dazu parallelen Gehäusewand 22 angeordnete Reibfläche 23 auf, die beispielsweise dadurch realisiert wird, daß auf der Gehäusewand 22 oder der Stirnseite des Schneckenrads 13 oder auf beiden ein zur Achse 19 konzentrischer Reibbelag angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Reibfläche 23 auf einer ringförmigen Reibscheibe 24, vorzugsweise auf beiden voneinander abgekehrten Ringflächen, angeordnet, die konzentrische zur Achse 19 zwischen der Stirnseite des Schneckenrads 13 und der Gehäusewand 22 plaziert ist. Der erforderliche axiale Anpreßdruck des Schneckenrads 13 über die Reibscheibe 24 an der Gehäusewand 22 wird durch eine Feder mit axialer Federvorspannung aufgebracht. Die als Federscheibe 25 ausgebildete Feder stützt sich einerseits an der von der Reibscheibe 24 abgekehrten Stirnseite des Schneckenrads 13 und andrerseits auf der das Schneckenrad tragenden Achse 19 ab. Die Federscheibe 25 ist in Fig. 3 in Draufsicht, in Fig. 4 in Seitenansicht und in Fig. 5 im Schnitt zu sehen. Die Federscheibe 25 umgreift mit nach innen vorspringenden U-förmigen Fingern 26 die Achse 19 und ist dort axial, z. B. durch einen Sprengring oder durch einen in eine Nut in der Welle eingelegten Federring, axial abgestützt. Mit einem äußeren ringförmigen Bund, der sich aus die Finger 26 miteinander verbindenden Ringsegmenten 251 zusammensetzt, liegt die Federscheibe 25 an der von der Reibscheibe 24 abgekehrten Stirnseite des Schneckenrads 13 an. Die beschriebene und in Fig. 3-5 dargestellte geometrische Gestaltung der Federscheibe 25 verleiht der Feder eine degressive Kennlinie, so daß unabhängig von den Einbaumaßen eine konstante Federvorspannung vorliegt, die über die Lebensdauer trotz Verschleiß der Reibscheibe 24 unverändert bleibt. Die Federvorspannung der Federscheibe 25 ist so groß gewählt, daß ein Abheben des Schneckenrads 13 von der Reibscheibe 24 bzw. der Gehäusewand 22 in allen Betriebszuständen unterbleibt, so daß das Reibmoment der Reibscheibe 24 auch bei starken Vibrationen, angeregt durch den Verbrennungsmotor oder die Brennkraftmaschine beim direkten Anbau des Kupplungssteller an das Getriebe, erhalten bleibt. Im übrigen ist die Reibscheibe 24 konstruktiv so plaziert, daß die axiale Reaktionskraftkomponente des Schneckengetriebes 14 beim Öffnen der Kupplung, und damit beim Drücken gegen die Kupplungsfeder, die Vorspannkraft der Federscheibe 25 erhöht.

Um konstante Reibverhältnisse zu erhalten, ist an der der Reibscheibe 24 zugekehrten Stirnseite des Schneckenrads 13 ein axial vorspringender Ringsteg 28 ausgeformt, dessen Ringfläche kongruent mit der Ringfläche der Reibscheibe 24 ist und die Reibscheibe 24 gegen die Gehäusewand 22 anpreßt. Dadurch ist ein konstanter Reibradius vorgegeben, so daß das Reibmoment konstant bleibt und neben der Federvorspannung nur vom Reibkoeffizienten zwischen der Reibscheibe 24 und einerseits dem Schneckenrad 13 und andererseits der Gehäusewand 22 bestimmt wird. Wird anstelle der Reibscheibe 24 ein auf der Gehäusewand 22 und/oder der Stirnseite des Schneckenrads 13 aufgebrachter Reibbelag verwendet, so ist dieser Reibbelag kongruent mit der Ringfläche des Ringstegs 28 angeordnet.

Im Bedarfsfall kann das im Schneckengetriebe 14 durch die Reibvorrichtung 21 eingebrachte zusätzliche Reibmoment noch dadurch erhöht werden, daß die Abstützungen der Federscheibe 25 an der von der Reibscheibe 24 abgekehrten Stirnseite des Schneckenrads 13 über eine weitere Reibscheibe 29 vorgenommen ist. Der äußere Bund der Federscheibe 25 preßt sich an die weitere Reibscheibe 29 an und drückt diese gegen einen koaxial zur Achse 19 ausgebildeten ringförmigen Axialvorsprung 30. Die Reibscheibe 29 ist drehfest mit der Federscheibe 25 verbunden oder kann alternativ am Gehäuse 10 festgelegt werden.

Claims

1. Elektromotorischer Kupplungssteller zur Betätigung einer Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kupplungsstößel (15) zum Öffnen der Kupplung, einem den Kupplungsstößel (15) über ein selbsthemmendes Schneckengetriebe (14) betätigenden Elektromotor (11) und einem mindestens das Schneckengetriebe (14) aufnehmenden Gehäuse (10), dadurch gekennzeichnet, daß im Schneckengetriebe (14) eine ein Reibmoment erzeugende Reibvorrichtung (21) integriert ist.

2. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckengetriebe (14) eine auf der Rotorwelle (18) des Elektromotors (11) sitzende Schnecke (12) und ein auf einer im Gehäuse (10) festgelegten Achse (19) drehbar gelagertes Schneckenrad (13) aufweist und daß die Reibvorrichtung (21) so ausgebildet ist, daß das Reibmoment am Schneckenrad (13) wirksam ist.

3. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibvorrichtung (21) im Radialabstand von der Achse (19) angreifende Mittel zur Erzeugung einer zwischen Schneckenrad (13) und Gehäuse (10) wirksamen Reibkraft aufweist.

4. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mindestens eine zwischen der Stirnseite des Schneckenrads (13) und einer dazu parallelen Gehäusewand (22) angeordnete Reibfläche (23) und eine das Schneckenrad (13) axial gegen die Gehäusewand (22) vorspannende Feder (25) aufweist.

5. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Reibfläche (23) von einem auf der Stirnseite des Schneckenrads (13) und/oder auf der Gehäusewand (22) angeordneten, zur Achse (19) konzentrischen Reibbelag gebildet ist.

6. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Reibfläche (23) auf einer Reibscheibe (24) ausgebildet ist, die konzentrisch zur Achse (19) zwischen der Stirnseite des Schneckenrads (13) und der Gehäusewand (22) angeordnet ist.

7. Elektromotorischer Kuppplungssteller nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite des Schneckenrads (13) und/oder der Gehäusewand (22) ein axial vorspringender Ringsteg (28) angeformt ist, dessen Ringfläche den Reibbelag trägt oder sich an die Reibscheibe (24) anpreßt.

8. Elektromotorischer Kupplungssteller nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als konusartig vorgewölbte Federscheibe (25) mit den Konusmantel bildenden, voneinander beabstandeten Federfingern (26) ausgebildet ist, die sich mit die Federfinger (26) am äußeren Fingergrund miteinander verbindenden Ringsegmenten (251) an der von der Reibfläche (26) abgekehrten Stirnseite des Schneckenrads (13) und mit den Federfingern (26) auf der das Schneckenrad (13) tragenden Achse (19) abstützt.

9. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (25) eine degressive Federkennlinie aufweist.

10. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorspannung der Federscheibe (25) so eingestellt ist, daß ein Abheben des Schneckenrads (13) Von der Gehäusewand (22) in allen Betriebszuständen zuverlässig verhindert ist.

11. Elektromotorischer Kupplungssteller nach einem der Ansprüche 4-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibfläche (23) so angeordnet ist, daß beim Öffnen der Kupplung die axiale Reaktionskraft des Schneckengetriebes (14) die Vorspannkraft der das Schneckenrad (13) an die Gehäusewand (22) anpressenden Feder (25) erhöht.

12. Elektromotorischer Kupplungssteller nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Feder (25) an der von der Reibfläche (23) abgekehrten Stirnwand des Schneckenrads (13) über eine weitere Reibscheibe (29) vorgenommen ist, die drehfest an der Feder (25) oder dem Gehäuse (10) festgelegt ist.

13. Elektromotorischer Kupplungssteller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Reibscheibe (29) ringförmig mit einer definierten Ringbreite ausgebildet ist und daß an der der Federscheibe (25) zugekehrten Stirnseite des Schneckenrads (13) ein ringförmiger Axialvorsprung (30)ausgebildet ist, an dem die weitere Reibscheibe (29) angepreßt ist.