DE102009029007A1

DE102009029007A1 - Electromechanical actuator assembly

Info

Publication number: DE102009029007A1
Application number: DE200910029007
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schneider; Gerhard Dr. Gumpoltsberger; Matthias Reisch
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: WO2011023564A1

Abstract

Es wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung zumindest ein federbelastetes Hebelelement (4) zum Aufbringen einer vorbestimmten Stellkraft auf das Schaltelement umfasst und wobei der Lagerpunkt (3) des Hebelelements (4) zum Einstellen der vorbestimmten Stellkraft veränderbar ist.An electromechanical actuation arrangement for at least one shift element of a vehicle transmission with at least one drive device is proposed, which is coupled to an actuating device for actuating the shift element, the actuating device comprising at least one spring-loaded lever element (4) for applying a predetermined actuating force to the shift element, and wherein the Bearing point (3) of the lever element (4) can be changed to set the predetermined actuating force.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element of a vehicle transmission according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass Schaltelemente in Automatgetrieben hydraulisch betätigt werden. Dazu wird eine Ölpumpe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges angetrieben, wobei mit dem Hydraulikmittel über ein Steuergerät und entsprechende Regelventile ein Kolben zum Betätigen der Schaltelemente beaufschlagt wird. Neben dem erheblichen Bauraum für die hydraulische Betätigung ergibt sich auch der Nachteil, dass eine Betätigung des Schaltelements nur bei betriebenem Verbrennungsmotor möglich ist. Somit ist die Start-Stopp-Funktion und die Hybridfähigkeit des Fahrzeuges eingeschränkt.From vehicle technology, it is known that switching elements are actuated hydraulically in automatic transmissions. For this purpose, an oil pump is driven by the crankshaft of the internal combustion engine of the vehicle, wherein a piston for actuating the switching elements is acted upon by the hydraulic means via a control unit and corresponding control valves. In addition to the considerable space for the hydraulic actuation, there is also the disadvantage that an actuation of the switching element is possible only when the internal combustion engine is operated. Thus, the start-stop function and the hybrid capability of the vehicle is limited.

Beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 586 784 A1 ist auch eine Kupplungsaktorik bekannt, die einen elektromotorischen Stellantrieb zum Betätigen der Kupplung umfasst. Der Stellantrieb ist als Elektromotor ausgebildet, der mit einem Ausrücker zum Betätigen der Kupplung gekoppelt ist. Der Ausrücker ist als Federbandgetriebe ausgebildet. Um die Kupplung zu betätigen, wird das Federbandgetriebe mithilfe des Elektromotors betätigt, so dass die Kupplung je nach Drehrichtung durch das Federbandgetriebe geöffnet oder geschlossen wird, indem das Außenteil des Federbandgetriebes in axialer Richtung bewegt wird, so dass die Tellerfederzungen der Kupplung bewegt werden. Aufgrund der Vielzahl der erforderlichen Bauteile wird ein erheblicher Bauraum benötigt, so dass eine Anordnung radial innerhalb der Kupplung nicht möglich ist. Zudem ist eine hohe Antriebsleistung bei dem Elektromotor erforderlich, um die Stellkraft zum Betätigen der Tellerfederzungen der Kupplung aufzubringen.For example, from the document EP 1 586 784 A1 Also known is a clutch actuator which comprises an electromotive actuator for actuating the clutch. The actuator is designed as an electric motor which is coupled to a releaser for actuating the clutch. The releaser is designed as a spring band transmission. To operate the clutch, the spring band gear is operated by means of the electric motor, so that the clutch is opened or closed depending on the direction of rotation by the spring band gear by the outer part of the spring band gear is moved in the axial direction, so that the plate spring tongues of the clutch are moved. Due to the large number of components required a considerable space is required, so that an arrangement radially within the clutch is not possible. In addition, a high drive power in the electric motor is required to apply the actuating force for actuating the diaphragm spring tongues of the clutch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Betätigungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche einen möglichst geringen Bauraumbedarf und zudem eine möglichst geringe Antriebsleistung erfordert.The present invention is based on the object to propose an actuator assembly of the type described above, which requires the smallest possible space requirement and also the lowest possible drive power.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the drawings.

Demnach wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement, insbesondere für ein Lastschaltelement in einem Automatgetriebe, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung zumindest ein federbelastetes Hebelelement zum Aufbringen einer vorbestimmten Stellkraft auf das Schaltelement umfasst. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Lagerpunkt des Hebelelementes zum Einstellen der vorbestimmten Stellkraft veränderbar ist.Accordingly, an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element, in particular for a power shift element in an automatic transmission, proposed with at least one drive device which is coupled to an actuating device for actuating the switching element, wherein the actuating device at least one spring-loaded lever element for applying a predetermined actuating force to the switching element includes. According to the invention it can be provided that the bearing point of the lever element for adjusting the predetermined actuating force is variable.

Somit wird eine federkompensierte Schaltelementbetätigung realisiert, indem bei vorgegebener Federkraft zum Einstellen der gewünschten Stellkraft lediglich der Lagerpunkt des Hebelelementes durch die Antriebseinrichtung verändert wird, wofür nur eine geringe Leistung für hohe Stellkräfte erforderlich ist. Die Verstellung des Lagerpunktes kann elektromechanisch erfolgen. Bei dem kompensierten System können hohe Stellkräfte über Federn als potentielle Energie gespeichert werden, wobei die Antriebseinrichtung lediglich das System steuert bzw. den Lagerpunkt verstellt. 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-Funktion eines Verbrennungsmotors und eines Hybridantriebes realisierbar ist.Thus, a spring-compensated switching element actuation is realized by only the bearing point of the lever element is changed by the drive means for a given spring force for adjusting the desired actuating force, for which only a small power is required for high actuating forces. The adjustment of the bearing point can be done electromechanically. In the compensated system, high actuating forces can be stored via springs as potential energy, wherein the drive device only controls the system or adjusts the bearing point. By the electromechanical actuator assembly, a power saving compared to hydraulic drives can be achieved by reducing the required hydraulic power. In addition, there is a need-based power adjustment of the power supply from the electrical system in the electrical drive device of the actuator assembly according to the invention. In addition, expensive channels and hydraulic components that are required for a hydraulic drive can be omitted. Another advantage is that with the actuator assembly according to the invention, a start-stop function of an internal combustion engine and a hybrid drive can be realized.

Eine mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die Stelleinrichtung einen von der Antriebseinrichtung angetriebenen Spindeltrieb zum Verstellen des Lagerpunktes beziehungsweise des Auflagerpunktes des Hebelelementes umfasst. Die Verstellung erfolgt somit elektromechanisch über ein Steigungskonzept, wobei neben dem Spindeltrieb auch eine Kugelrampe oder dergleichen eingesetzt werden kann.A possible embodiment variant of the invention can provide that the adjusting device comprises a spindle drive driven by the drive device for adjusting the bearing point or the support point of the lever element. The adjustment is thus electromechanical via a gradient concept, wherein in addition to the spindle drive and a ball ramp or the like can be used.

Bei der Verwendung eines Spindeltriebes kann vorzugsweise die axial entlang der Spindel verstellbare Spindelmutter mit einer Lagerpunktführung oder dergleichen des Hebelelementes gekoppelt werden. Die Lagerpunktführung kann quasi über zumindest einen Wälzkörper oder dergleichen entlang des Hebelelementes geführt werden, um den jeweiligen Lagerpunkt in die eine oder andere Richtung zu verändern beziehungsweise zu verschieben.When using a spindle drive, the spindle nut axially adjustable along the spindle can preferably be coupled to a bearing point guide or the like of the lever element. The bearing point guide can be guided over virtually at least one rolling element or the like along the lever element in order to change or shift the respective bearing point in one or the other direction.

Um das Schaltelement mit der Stellkraft zu beaufschlagen, wird vorzugsweise ein Hebelelement verwendet. Es sind auch andere Übertragungsmittel denkbar. Bei der Verwendung eines Hebelelementes kann vorzugsweise ausgehend von dem Lagerpunkt ein Ende des Hebelelementes dem Schaltelement zugeordnet sein und das andere Ende des Hebelelementes gehäusefest abgestützt werden, um die gewünschte Hebelwirkung zu realisieren.In order to apply the actuating force to the switching element, a lever element is preferably used. There are also other means of transmission conceivable. When using a lever element may preferably starting from the bearing point, one end of the lever element to the switching element be assigned and the other end of the lever element are supported fixed to the housing to realize the desired leverage.

Die vorgegebene Federkraft, die kontinuierlich auf das Hebelelement wirkt, kann zum Beispiel über zumindest eine Zugfeder aufgebracht werden, so dass das Hebelelement über die Zugfeder vorgespannt ist. Es jedoch auch andere Mittel zum Aufbringen der Vorspannkraft einsetzbar.The predetermined spring force, which acts continuously on the lever element, can be applied, for example via at least one tension spring, so that the lever element is biased by the tension spring. However, other means for applying the biasing force can be used.

In vorteilhafter Weise kann bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung das Hebelelement rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Vorzugsweise kann zumindest die Stelleinrichtung im Wesentlichen radial innen bezogen auf das Schaltelement in dem Getriebegehäuse angeordnet werden. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteil.In an advantageous manner, the lever element can be rotationally symmetrical in the proposed actuating arrangement. Preferably, at least the adjusting device can be arranged substantially radially inwardly relative to the switching element in the transmission housing. This results in space advantage.

Die federkompensierte und spindelgeführte Schaltelementbetätigung kann vorzugsweise für Lastschaltelemente in Automatgetrieben eingesetzt werden. Es sind aber auch andere Verbindungen möglich. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Anordnung mit ihrer Antriebseinrichtung und dem Kombinationsmechanismus beziehungsweise der Stelleinrichtung radial außerhalb des zu betätigenden Schaltelements angeordnet werden.The spring-compensated and spindle-guided switching element actuation can preferably be used for powershift elements in automatic transmissions. But there are other connections possible. For example, it can also be provided that the arrangement according to the invention with its drive device and the combination mechanism or the adjusting device are arranged radially outside the switching element to be actuated.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung; 1 a schematic representation of the general principle of action of an actuator assembly according to the invention;

2 eine geschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges; und 2 a sectional partial view of the actuator assembly according to the invention in a transmission housing of a vehicle; and

3 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2. 3 a partial section along the section line AA according to 2 ,

In 1 ist das allgemeine Wirkprinzip der vorgeschlagenen elektromechanischen Betätigungsanordnung skizziert. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass die Betätigungsanordnung einen Elektromotor 1 als Antriebseinrichtung umfasst, mit dem ein Spindeltrieb 2 der Stelleinrichtung angetrieben wird, um einen Lagerpunkt 3 eines federbelasteten Hebelelementes 4 der Stelleinrichtung zu verstellen, um über das Hebelelement 4 eine vorbestimmte Stellkraft auf das zu betätigende Schaltelements zu übertragen, wobei die Verstellung des Lagerpunktes 3 mit einem Pfeil in 1 angedeutet ist. Die Federkraft F_F zur Verstellung des Hebelelementes 4 und die auf das als Lamellenkupplung 5 ausgebildete Schaltelement aufgebrachte Kraft F_Lamelle sind ebenfalls in 1 angedeutet. Auf diese Weise wird eine federkompensierte und spindelgeführte Betätigungsanordnung zum Betätigen eines als Lamellenkupplung 5 ausgeführten Schaltelementes realisiert.In 1 is sketched the general operating principle of the proposed electromechanical actuator assembly. From this representation it follows that the actuating arrangement is an electric motor 1 as a drive device, with which a spindle drive 2 the adjusting device is driven to a bearing point 3 a spring-loaded lever element 4 the adjusting device to adjust over the lever element 4 to transmit a predetermined force to the switching element to be actuated, wherein the adjustment of the bearing point 3 with an arrow in 1 is indicated. The spring force F _F for adjusting the lever element 4 and on the as a multi-plate clutch 5 trained switching element applied force F _lamella are also in 1 indicated. In this way, a spring-compensated and spindle-guided actuator assembly for actuating a as a multi-plate clutch 5 implemented switching element realized.

In 2 ist eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung im Schnitt in einem Getriebegehäuse 6 eines Fahrzeuges dargestellt. Der als Antriebseinrichtung ausgebildete Elektromotor 1 ist mit einer Spindel 7 des Spindeltriebes 2 gekoppelt, so dass durch die Drehung der Spindel 7 die dazugehörige Spindelmutter 8 axial entlang der Spindel bewegt wird. An der Spindelmutter 8 ist eine Lagerpunktführung 9 für das Hebelelement 4 angeordnet. Durch die axiale Bewegung der Spindelmutter 8 entlang der Spindel 7 wird auch der Lagerpunkt 3 des Hebelelementes 4 entsprechend verändert.In 2 is a possible embodiment of the actuator assembly according to the invention in section in a transmission housing 6 a vehicle shown. The electric motor designed as a drive device 1 is with a spindle 7 of the spindle drive 2 coupled, so by the rotation of the spindle 7 the associated spindle nut 8th is moved axially along the spindle. At the spindle nut 8th is a bearing point guide 9 for the lever element 4 arranged. Due to the axial movement of the spindle nut 8th along the spindle 7 is also the bearing point 3 of the lever element 4 changed accordingly.

Das Hebelelement 4 ist über z. B. zwei Zugfedern 10 vorgespannt, welches insbesondere auch aus 3 ersichtlich ist. Das Hebelelement 4 ist ausgehend von dem Lagerpunkt 3 mit einem ersten Ende 11 dem Lamellenpaket der Lamellenkupplung 5 und mit dem zweiten Ende 12 einer gehäusefesten Abstützung 13 zugeordnet. Wird nun der Lagerpunkt 3 des Hebelelementes 4 verändert, kann dadurch auch die auf das Lamellenpaket der Lamellenkupplung 5 aufgebrachte Stellkraft verändert werden.The lever element 4 is about z. B. two tension springs 10 biased, which in particular also from 3 is apparent. The lever element 4 is starting from the bearing point 3 with a first end 11 the disk pack of the multi-plate clutch 5 and with the second end 12 a housing-fixed support 13 assigned. Will now be the bearing point 3 of the lever element 4 changed, it can also be on the disc pack of the multi-plate clutch 5 applied force can be changed.

Die Lamellen des Lamellenpaketes der Lamellenkupplung 5 werden quasi von den vorgespannten Zugfedern 10, die mit dem Hebelelement 4 übersetzt werden, betätigt. Das Übersetzungsverhältnis lässt sich über den verstellbaren Lagerpunkt 3 variieren. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, wird der Auflagerpunkt beziehungsweise Lagerpunkt 3 auf der angetriebenen Spindel 7 mithilfe der Spindelmutter 8 in axialer Richtung geführt. Wenn sich der Lagerpunkt 3 im Angriffspunkt der Federkraft der Zugfedern 10 befindet, erfährt das Hebelelement 4 kein Moment. Durch die Verschiebung der Spindelmutter 8 in der Zeichnungsebene der 2 nach links wird das Moment mit der Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses vergrößert.The slats of the disk pack of the multi-plate clutch 5 are almost from the prestressed tension springs 10 that with the lever element 4 translated, operated. The transmission ratio can be adjusted via the adjustable bearing point 3 vary. As in particular from 2 is apparent, the support point or bearing point 3 on the driven spindle 7 using the spindle nut 8th guided in the axial direction. When the bearing point 3 at the point of application of the spring force of the tension springs 10 is experiencing the lever element 4 no moment. By the displacement of the spindle nut 8th in the plane of the drawing 2 to the left, the moment is increased with the increase of the gear ratio.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Elektromotorelectric motor
22: Spindeltriebspindle drive
33: Lagerpunktbearing point
44: Hebelelementlever member
55: Lamellenkupplungmulti-plate clutch
66: Getriebegehäusegearbox
77: Spindelspindle
88th: Spindelmutterspindle nut
99: LagerpunktführungBearing point lead
1010: Zugfedermainspring
1111: erstes Ende des Hebelelementesfirst end of the lever element
1212: zweites Ende des Hebelelementessecond end of the lever element
1313: gehäusefeste AbstützungHousing-resistant support

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1586784 A1 [0003]

Claims

Electromechanical actuating arrangement for at least one switching element of a vehicle transmission, with at least one drive device which is coupled to an actuating device for actuating the switching element, wherein the actuating device comprises at least one spring-loaded lever element (US Pat. 4 ) for applying a predetermined actuating force to the switching element, characterized in that the bearing point ( 3 ) of the lever element ( 4 ) is adjustable to set the predetermined force.

Electromechanical actuating arrangement according to claim 1, characterized in that the adjusting device drives a spindle drive ( 2 ) for adjusting the bearing point ( 3 ) of the lever element ( 4 ).

Electromechanical actuating arrangement according to claim 2, characterized in that the axially along the spindle ( 7 ) of the spindle drive ( 2 ) adjustable spindle nut ( 8th ) with a bearing point guide ( 9 ) of the lever element ( 4 ) is coupled.

Electromechanical actuating arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the lever element ( 4 ) starting from the bearing point ( 3 ) with a first end ( 11 ) is assigned to the switching element and with a second end ( 12 ) is supported on the housing.

Electromechanical actuating arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the lever element ( 4 ) via at least one tension spring ( 10 ) is biased.

Electromechanical actuating arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least the lever element ( 4 ) is rotationally symmetrical.

Electromechanical actuating arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least the adjusting device substantially radially inwardly relative to the switching element in the transmission housing ( 6 ) is arranged.