DE102009029005A1

DE102009029005A1 - Elektromechanische Betätigungsanordnung

Info

Publication number: DE102009029005A1
Application number: DE102009029005A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schneider; Gerhard Dr. Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03
Also published as: JP5663020B2; KR20120061848A; CN102483158B; WO2011023566A1; CN102483158A; JP2013503305A; US20120145510A1; US8733526B2

Abstract

Es wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die einen Spindeltrieb (2) einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, wobei die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb (2) betätigte Kniehebelmechanik (4) umfasst und wobei die Stelleinrichtung in etwa koaxial zu einer Getriebewelle (5) des Fahrzeuggetriebes und radial innen oder radial außen zu dem Schaltelement angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise sind aus den Druckschriften US 2006/0 278 489 A1 und DE 102 58 836 A1 elektromechanische Kupplungsaktuatoren für eine Fahrzeugkupplung bekannt, deren Verstellungen über ein zusätzliches pneumatisches oder hydraulisches System gesteuert werden. Der aus der DE 102 58 836 A1 bekannte Kupplungsaktuator z. B. umfasst ein Magnetventil, mit dem ein Druckausgleichskanal zwischen zwei Kolbenräumen geschlossen und geöffnet wird, um die Stellbewegungen zu steuern. Dadurch ergibt sich auch bei diesen Anordnungen ein komplizierter Aufbau, der einen erheblichen Bauraum benötigt.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 101 56 348 C1 eine elektromechanische Bremse bekannt. Die bekannte Bremse hat jedoch den Nachteil, dass hohe Stellkräfte zum Betätigen der Bremse erforderlich sind. Aufgrund des komplizierten konstruktiven Aufbaus sind eine Vielzahl von Bauteilen erforderlich, so dass zudem ein erheblicher Bauraum notwendig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektromechanische Betätigungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart zu verbessern, dass eine möglichst kompakte Bauweise realisiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen ergeben.
Somit wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement, z. B. für ein Lastschaltelement eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die einen Spindeltrieb einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, wobei die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb betätigte Kniehebelmechanik umfasst und wobei die Stelleinrichtung in etwa koaxial zu einer Getriebewelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet und radial innen oder radial außen von dem Schaltelement vorgesehen ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine bauraumsparende Ausgestaltung der Betätigungsanordnung, da z. B. vorhandener, nicht genutzter Bauraum zum Anordnen der Stelleinrichtung verwendet werden kann. Durch die koaxial zur Getriebewelle angeordnete Stelleinrichtung ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise, wodurch insgesamt ein Minimum an Bauraum zum Unbringen der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung erforderlich ist. Es sind jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, die ebenfalls den erforderlichen Bauraum reduzieren können.
Darüber hinaus wird bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung eine hohe Übersetzung mithilfe der Kniehebelmechanik aufgebracht. Durch die elektromechanische Betätigungsanordnung kann eine Leistungseinsparung gegenüber hydraulischen Antrieben durch Verringerung der erforderlichen hydraulischen Leistung erreicht werden. Zudem ergibt sich eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung der Energieversorgung aus dem Bordnetz bei der elektrischen Antriebseinrichtung der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung. Darüber hinaus können aufwändige Kanäle und hydraulische Bauteile, die für einen hydraulischen Antrieb erforderlich sind, entfallen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung auch eine Start-Stopp-Funkton eines Verbrennungsmotors und eines Hybridantriebes realisierbar ist.
Im Rahmen einer Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kniehebelmechanik einen Kniehebel umfasst, der über eine von dem Spindeltrieb axial bewegbare Rampenkontur oder dergleichen derart betätigt wird, dass der Kniehebel radial gespreizt wird, so dass ein mit dem Kniehebel gekoppelter Hebel das Schaltelement beziehungsweise die Lamellenkupplung betätigen kann. Mit der vorgesehenen Hebelkombination von Kniehebel und Hebel ergibt sich nicht nur eine große Übersetzung, sondern es ist auch keine Stellkraft notwendig, wenn sich der Hebel in seinem Totpunkt befindet.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kniehebel radial nach außen mittels der Rampenkontur gespreizt wird, wenn die Stelleinrichtung radial innerhalb eines Lamellenträgers der als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung angeordnet ist, so dass der Hebel die Lamellen der Lamellenkupplung mit der aufgebrachten Stellkraft aneinander presst beziehungsweise die Lamellenkupplung schließt. Wenn die Stelleinrichtung radial außerhalb des Lamellenträgers der Lamellenkupplung angeordnet ist, kann der Kniehebel nach innen mittels der Rampenkontur gespreizt werden, so dass der Hebel die Lamellenkupplung schließt. Es sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen möglich, um die Betätigung der Lamellenkupplung besonders bauraumsparend zu realisieren.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Kniehebel der Kniehebelmechanik als zumindest ein rotationssymmetrisches, biegbares Blech oder dergleichen ausgebildet ist. Beispielsweise kann auch ein mehrteiliges Bauteil als Kniehebel verwendet werden, bei dem dann die Teile zum Beispiel über Gelenke miteinander verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist es, dass der Kniehebel so ausgeführt ist, dass er in seinem Totpunkt eine unendlich große Haltefunktion aufweist.
Der Hebel der Hebelmechanik zum Betätigen des Lamellenpaketes der Lamellenkupplung ist zu dieser koaxial angeordnet und vorzugsweise als ringförmiges, biegbares Blech ausgeführt. Auf diese Weise kann der Hebel auf einfachste Weise über den ebenfalls koaxial angeordneten Kniehebel betätigt werden. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des Hebels mit dem Kniehebel gekoppelt und ein zweites Ende des Hebels der Lamellenkupplung zugeordnet sein, wobei der Hebel zwischen seinen Enden gehäusefest abgestützt ist, um die Hebelfunktion zu ermöglichen.
Zum radialen Spreizen des Kniehebels ist die Kniehebelmechanik über die Rampenkontur mit dem Spindeltrieb gekoppelt. Vorzugsweise kann die Rampenkontur durch eine Kugelrampe oder dergleichen gebildet werden, deren erste Ringhälfte mit dem Spindeltrieb und deren zweite Ringhälfte über ein keilförmiges Element oder dergleichen mit dem Kniehebel gekoppelt sind. Die beiden Ringhälften können beispielsweise über zumindest ein Wälzkörper verdrehbar aneinander gelagert sein, so dass durch eine axiale Verstellung des Spindeltrieb auch das keilförmige Element entsprechend bewegt wird, so dass eine radial ausgerichtete Kraft auf den Kniehebel zum Spreizen desselben übertragen werden kann.
Vorzugsweise kann die vorgeschlagene elektromechanische Betätigungsanordnung zum Betätigen von Lastschaltelementen in Automatgetriebe verwendet werden. Es sind auch andere Einsatzmöglichkeiten denkbar.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung; und
2 eine geschnittene Teilansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges; und
3 eine geschnittene Teilansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in dem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges.
In 1 ist das allgemeine Wirkprinzip der vorgeschlagenen elektromechanischen Betätigungsanordnung skizziert. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass die Betätigungsanordnung mit einem als Antriebseinrichtung ausgebildeten Elektromotor 1 einen Spindeltrieb 2 einer Stelleinrichtung zum Betätigen eines Schaltelements antreibt, welches in den Zeichnungen beispielhaft als Lamellenkupplung 3 ausgebildet ist. Die Stelleinrichtung umfasst ferner eine über den Spindeltrieb 2 betätigte Kniehebelmechanik 4. Die Kniehebelmechanik 4 wird über eine Rampenkontur von dem Spindeltrieb 2 radial gespreizt, um die Lamellenkupplung 3 mit einer vorbestimmten Stellkraft (F_Lamelle) zu beaufschlagen.
Wie insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich ist, kann bei der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung die Stelleinrichtung in etwa koaxial zur einer Getriebewelle 5 des Fahrzeuggetriebes angeordnet werden, wobei die Stelleinrichtung radial innen oder radial außen bezogen auf die Lamellenkupplung 3 vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine bauraumreduzierte Anordnung und zugleich aufgrund der verwendeten Kniehebelmechanik eine große Übersetzung zum Betätigen der Lamellenkupplung 3.
In 2 ist eine erste mögliche Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung dargestellt, bei der die Stelleinrichtung radial innerhalb des Lamellenträgers 5 der Lamellenkupplung 3 angeordnet ist. Demgegenüber ist in 3 eine zweite Ausführungsvariante dargestellt, bei der die gesamte Betätigungsanordnung radial außerhalb des Lamellenträgers 5 der Lamellenkupplung 3 angeordnet ist.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante umfasst die Kniehebelmechanik 4 einen Kniehebel 6 der über eine von dem Spindeltrieb 2 axial bewegbare Rampenkontur derart betätigt wird, dass der Kniehebel 6 radial gespreizt wird, so dass ein mit dem Kniehebel 6 gekoppelter Hebel 7 die Lamellenkupplung 3 betätigt. Der Kniehebel 6 ist als rotationssymmetrisches, biegbares Blech ausgeführt. Der Hebel 7 ist als ringförmiges biegbares Blech vorgesehen. Sowohl der Hebel 7 als auch der Kniehebel 6 sind jeweils koaxial zu der Lamellenkupplung 3 angeordnet.
Die Rampenkontur wird durch eine Kugellampe 8 gebildet, deren erste Ringhälfte 9 mit dem Spindeltrieb 2 und deren zweite Ringhälfte 10 über ein keilförmiges Element 11 mit dem Kniehebel 6 gekoppelt ist. Die beiden Ringhälften 9, 10 sind über Wälzkörper 12 verdrehbar aneinander gelagert. Durch die axiale Verschiebung des Spindeltriebs 2 wird auch das keilförmige Element 11 axial bewegt, so dass der Kniehebel aufgrund der sich verändernden Steigung entlang des Keilelements 11 radial gespreizt wird. Somit ist das Hebelelement 6 als rotationssymmetrisches Element auf dem Steigungskonzept, welches durch den Spindeltrieb 2 und die Rampenkontur gebildet wird, geführt. Die Steuerung der Betätigungsanordnung erfolgt somit über die Verschiebung des Steigungskonzepts in axialer Richtung.
Da bei der ersten Ausführungsvariante zumindest die Kniehebelmechanik 4 in den Bauraum zwischen dem Lamellenträger 13 und der Getriebewelle 5 integriert wird, ergibt sich ein geringer erforderlicher Bauraum. Bei der zweiten Ausführungsvariante ergibt sich der Vorteil, dass die komplette Betätigungsanordnung radial außerhalb angeordnet werden kann, um somit im Inneren des Getriebes Bauraum einzusparen. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante überträgt der Kniehebel 6 die auf ihn übertragende Stellkraft über eine Hebelübersetzung auf das Lamellenpaket der Lamellenkupplung 3, wodurch sich eine hohe Übersetzung ergibt. Der Hebel 7 ist deshalb etwa mittig zwischen seinen Enden an dem Getriebegehäuse 14 abgestützt.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Spindeltrieb
3: Lamellenkupplung
4: Kniehebelmechanik
5: Getriebewelle
6: Kniehebel
7: Hebel
8: Kugelrampe
9: erste Ringhälfte
10: zweite Ringhälfte
11: keilförmiges Element
12: Wälzkörper
13: Lamellenträger
14: Getriebegehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2006/0278489 A1 [0002]
DE 10258836 A1 [0002, 0002]
DE 10156348 C1 [0003]

Claims

Elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung die einen Spindeltrieb (2) einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb (2) betätigte Kniehebelmechanik (4) umfasst, und dass die Stelleinrichtung in etwa koaxial zur einer Getriebewelle (5) des Fahrzeuggetriebes und radial innen oder radial außen bezogen auf das Schaltelement angeordnet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kniehebel (6) der Kniehebelmechanik (4) über eine von dem Spindeltrieb (2) axial bewegbare Rampenkontur derart betätigbar ist, dass der Kniehebel (6) radial spreizbar ist, so dass ein mit dem Kniehebel (6) gekoppelter Hebel (7) das Schaltelement betätigt.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) bei einer radial innerhalb einer als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung (3) angeordneten Stelleinrichtung radial nach außen mittels der Rampenkontur spreizbar ist, so dass der Hebel (7) die Lamellenkupplung (3) mit der aufgebrachten Stellkraft schließt.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) bei einer radial außerhalb einer als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung (3) angeordneten Stelleinrichtung radial nach innen mittels der Rampenkontur spreizbar ist, so dass der Hebel (7) die Lamellenkupplung (3) mit der aufgebrachten Stellkraft schließt.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) als zumindest ein rotationssymmetrisches, biegbares Blech ausgebildet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) als ringförmiges biegbares Blech ausgebildet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende des Hebels (7) mit dem Kniehebel (6) gekoppelt und ein zweites Ende des Hebels (7) dem Schaltelement zugeordnet ist, wobei der Hebel (7) zwischen seien Enden gehäusefest abgestützt ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur durch eine Kugelrampe (8) gebildet ist, deren erste Ringhälfte (9) mit dem Spindeltrieb (2) und deren zweite Ringhälfte (10) über ein keilförmiges Element (11) mit dem Kniehebel (6) gekoppelt sind, wobei die beiden Ringhälften (9, 10) über zumindest ein Wälzkörper (12) verdrehbar aneinander gelagert sind.