DE102004030005A1

DE102004030005A1 - Elektromechanischer Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug mit einem automatisierten oder teilautomatisierten Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102004030005A1
Application number: DE200410030005
Authority: DE
Inventors: Eckhardt Dipl.-Ing. Lübke; Karl-Hermann Dr.-Ing. Ketteler; Kai Dipl.-Ing. Heinrich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: DE102004030005B4

Abstract

Es wird ein elektromechanischer Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe vorgeschlagen, umfassend einen Elektromotor (1), welcher über ein Getriebe (2) eine Axialbewegung eines Stößels (6) zur Kupplungsbetätigung bewirkt, wobei ein Sperrelement (5) vorgesehen ist, welches durch bzw. bei Stromwegnahme mittels einer Federkraft in eine Verzahnung des Getriebes (2) des Kupplungsaktuators (7) greift und eine weitere Bewegung des Stößels (6) verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug mit einem automatisierten oder teilautomatisierten Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Automatisierung der Getriebefunktionen gewinnt zunehmend an Bedeutung; automatisierte Schaltgetriebe, die eine derartige Automatisierung aufweisen, weisen den Vorteil auf, dass der Fahrer vom Gangwechsel im Fahrzeug entlastet wird. Es wird dadurch insgesamt ein komfortabler und sicherer Betrieb ermöglicht. Des weiteren weisen derartige Getriebe signifikante Kostenvorteile auf. Hierbei wird bei der Kupplungsbetätigung durch einen entsprechenden elektromechanischen Aktuator eine Translationsbewegung üblicherweise auf das Ausrücklager der Kupplung übertragen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektromechanische Kupplungsaktuatoren bekannt. Diese sind entweder mit selbsthemmenden Schneckengetrieben und linearer Kompensation bzw. mit großer Stirnradübersetzung und nichtlinearer Kompensation ausgeführt.

Aus der DE 197 38 069 C2 ist eine Reibungskupplung mit integrierter Betätigungseinrichtung bekannt, bei der die Betätigungseinrichtung vollständig innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet ist und mit der Kupplung umläuft und durch einen elektrisch angesteuerten Elektromotor betätigbar ist.

Aus der DE 43 02 846 A1 ist eine automatisierte Betätigungseinrichtung für eine Anfahr-/Schaltkupplung bekannt, bei der eine von einem Elektromotor antreibbare zylindrische Schraubenfeder über eine Ausklinkvorrichtung den Stößel einer hydraulisch betätigbaren Reibungskupplung betätigt, wobei gleichzeitig eine aus- bzw. einschaltbare Sperrklinke von außen her zwischen zwei Windungen der Schraubenfeder eingreift und diese Sperrklinke bei rotatorisch angetriebener Schraubenfeder dafür sorgt, dass diese axial gespannt wird und die Einrückbewegung des Kupplungssystems bewirkt. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen sind mit einem hohen konstruktiven Aufwand verbunden.

Ferner ist aus der DE 198 45 690 C1 eine Stellgliedanordnung mit nichtlinearer Kompensation, insbesondere zur Betätigung einer Reibungskupplung, eines Getriebes, einer Bremse oder dergleichen bekannt, umfassend einen Stellantrieb mit einem selbsthemmenden Untersetzungsgetriebe, wobei das Untersetzungsgetriebe einen Hohlradstator mit einer Innenumfangsfläche umfasst, an welcher eine erste Eingriffsformation ausgebildet ist sowie eine Läuferanordnung mit bezüglich einer Drehachse exzentrisch angeordneter oder exzentrisch verformbarer Außenumfangskontur, wobei an einer Außenumfangsfläche der Läuferanordnung eine mit der ersten Eingriffsformation bereichsweise in Eingriff stehende zweite Eingriffsformation ausgebildet ist und wobei durch Verlagerung der Exzentrizität in Umfangsrichtung eine durch ein Abtriebselement abgebbare Betätigungskraft erzeugt wird.

Hierbei weist das Abtriebselement einen ersten bezüglich der Drehachse versetzten Kopplungsbereich, in welchem ein Verschiebeelement am Antriebselement angreift und bei Drehung des Abtriebselements im wesentlichen in seiner Längsrichtung verschiebbar ist, sowie einen zweiten bezüglich der Drehachse versetzten Kopplungsbereich auf, in welchem eine Kompensationskraftanordnung am Abtriebselement angreift, um in Abhängigkeit von der Drehlage des Abtriebselements ein Drehmoment auf dieses auszuüben. Diese Konstruktion wird in nachteiliger Weise bezüglich der Selbsthemmung von Schwingungen negativ beeinflusst.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromechanischen Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug mit einem automatisierten oder teilautomatisierten Schaltgetriebe anzugeben, welcher einen guten Wirkungsgrad aufweist und bei Stromausfall den letzten Kupplungszustand beibehält. Des weiteren soll der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator eine hohe Lebensdauer aufweisen, einfach aufgebaut sein und wenig Bauraum beanspruchen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein elektromechanischer Kupplungsaktuator vorgeschlagen, umfassend einen Elektromotor, welcher über ein Getriebe eine Axialbewegung eines Stößels zur Kupplungsbetätigung bewirkt, welcher in den Endlagen der Kupplung (geschlossen bzw. geöffnet) nicht dauerhaft bestromt werden muss, um diese Lage zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Sperrelement verwendet wird, welches durch bzw. bei Stromwegnahme mit Federkraft in eine Verzahnung des Getriebes des Aktuators greift und somit den Aktuator am Weiterdrehen behindert bzw. eine weitere Bewegung des Stößels verhindert.

Vorzugsweise ist als Sperrelement ein passiver Sperrmagnet vorgesehen. Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsform treibt der Elektromotor über eine Stirnradstufe ein mit einer Kugelspindel verbundenes Stirnrad an, wobei durch die Drehung der Kugelspindel ein Stößel bewegt wird, der wiederum die Kupplung betätigt. Ferner ist ein bei geschlossener Kupplung aufgezogenes Federelement vorgesehen, welches vorzugsweise eine lineare Kompensation gewährleistet und zwischen dem Stößel und dem mit der Kugelspindel verbundenen Stirnrad wirkt. Hierbei greift der Sperrmagnet bei Strom wegnahme, beispielsweise in den Endlagen der Kupplung, in die Verzahnung des Stirnrades, wodurch eine weitere Drehbewegung des Stirnrades und somit eine axiale Bewegung des Stößels verhindert wird. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass bei Stromausfall der letzte Kupplungszustand beibehalten wird, was für die Sicherheit von besonderer Bedeutung ist.

Der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator weist ein gute mechanische Wirkungsgradkette auf, da ein herkömmliches Stirnradgetriebe und z.B. kein Schneckengetriebe verwendet wird. Dadurch kann der Elektromotor in vorteilhafter Weise klein dimensioniert werden; des weiteren wird die elektrische Verlustleistung reduziert.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird in vorteilhafter Weise das Bordnetz geschont, da ohne die erfindungsgemäße Lösung der Elektromotor ein dauerndes Haltemoment erzeugen müsste, was insbesondere bei Fahrzeugstillstand unerwünscht ist. Dies resultiert auch in einer Optimierung des Wärmehaushalts des Elektromotors. Zudem wird eine zusätzliche Batteriebelastung durch den Kupplungsaktuator während eines Kaltstarts durch das Offenhalten der Kupplung vermieden.

Als Elektromotor wird vorzugsweise ein Drehfeldmotor verwendet. Derartige Motoren sind schwingungsunempfindlicher als Bürstenmaschinen und weisen eine höhere Lebensdauer auf, da kein Bürstenverschleiß auftritt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines elektromechanischen Kupplungsaktuators gemäß der Erfindung; und
2 eine schematische Ansicht der Anordnung des erfindungsgemäßen elektromechanischen Kupplungsaktuators aus 1.
In 1 ist ein Kupplungsaktuator 7 gemäß der Erfindung dargestellt. Er umfasst einen Elektromotor 1, welcher über ein Stirnradgetriebe bzw. über eine Stirnradstufe 2 ein Stirnrad 8 antreibt. Das Stirnrad 8 ist mit einer Kugelspindel 3 verdrehfest verbunden, durch deren Drehbewegung der Stößel 6 axial bewegbar ist. Wie aus 1 ersichtlich, ist eine lineare Kraftkompensationsfeder 4 vorgesehen, welche zwischen dem Stößel 6 und dem mit der Kugelspindel 3 verbundenen Stirnrad 8 wirkt, wobei auch Ausführungsformen möglich sind, welche eine nichtlineare Kraftkompensation aufweisen.
Des weiteren ist ein passiver Sperrmagnet 5 vorgesehen, welcher bei Stromwegnahme, wie es beispielsweise in den Endlagen der Kupplung der Fall ist, durch Federkraft in die Verzahnung des Stirnrades 5 greift und somit eine weitere Bewegung des Stößels 6 zur Kupplungsbetätigung verhindert. Der Elektromotor 1 ist vorzugsweise als Drehfeldmotor ausgebildet.
In 2 ist eine mögliche Anordnung des erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators 7 dargestellt. Der Kupplungsaktuator 7 ist außerhalb der Kupplung 9 am Getriebe 10 angeordnet, wobei durch die durch die erfindungsgemäße Konzeption erzielbare kompakte Bauweise, wenig Bauraum beansprucht wird.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Komponenten des Kupplungsaktuators an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Kupplungsaktuators, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: Elektromotor
2: Stirnradstufe
3: Kugelspindel
4: Feder
5: Sperrmagnet
6: Stößel
7: Kupplungsaktuator
8: Stirnrad
9: Kupplung
10: Getriebe

Claims

Elektromechanischer Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug mit einem automatisierten oder teilautomatisierten Schaltgetriebe, umfassend einen Elektromotor (1), welcher über ein Getriebe (2) eine Axialbewegung eines Stößels (6) zur Kupplungsbetätigung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrelement (5) vorgesehen ist, welches durch bzw. bei Stromwegnahme mittels einer Federkraft in eine Verzahnung des Getriebes (2) des Kupplungsaktuators (7) greift und eine weitere Bewegung des Stößels (6) verhindert.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (5) als passiver Sperrmagnet ausgebildet ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Drehfeldmotor ausgebildet ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) ein herkömmliches Stirnradgetriebe bzw. eine Stirnradstufe (2) ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraftkompensation eine bei geschlossener Kupplung aufgezogene lineare Kraftkompensationsfeder (4) vorgesehen ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (8) mit einer Kugelspindel (3) verdrehfest verbunden ist, durch deren Drehbewegung der Stößel (6) zur Kupplungsbetätigung axial bewegbar ist.