DE102012212460B4 - actuator - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Aktuatorvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring (27) und einem zweiten Aktuatorring (29), die über Kugeln (43) in den jeweilige Kugelrillen (39, 41) so zusammenwirken, vorgeschlagen wobei durch eine Drehbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine Axialbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander bewirkt wird. Ein Antriebsmotor (45) treibt die Aktuatorringe zu einer Drehbewegung relativ zueinander an, wobei die die Antriebskraft direkt auf beide Aktuatorringe (27, 29) übertragen wird.An actuator device is proposed with a first actuator ring (27) and a second actuator ring (29), which interact via balls (43) in the respective ball grooves (39, 41), with an axial movement of the actuator rings relative to one another through a rotary movement of the actuator rings is effected relative to each other. A drive motor (45) drives the actuator rings to rotate relative to one another, the driving force being transmitted directly to both actuator rings (27, 29).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Aktuationsvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring und einem zweiten Aktuatorring, die über Kugeln in den jeweiligen Kugelrillen so zusammenwirken, dass durch eine Drehbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine Axialbewegung der Aktuatorring relativ zueinander bewirkt wird. Dabei ist ein Antriebsmotor vorgesehen, der beide Aktuatorringe zu einer Drehbewegung relativ zueinander antreibt.The invention is based on an actuation device having a first actuator ring and a second actuator ring, which cooperate via balls in the respective ball grooves so that an axial movement of the actuator ring relative to one another is effected by a rotational movement of the actuator rings relative to one another. In this case, a drive motor is provided which drives both actuator rings to a rotational movement relative to each other.
Im speziellen wir die Aktuationsvorrichtung für den Einsatz in einer Reibungskupplung vorgesehen.In particular, we provided the Aktuationsvorrichtung for use in a friction clutch.
Stand der TechnikState of the art
Aktuationsvorrichtung beispielsweise für Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik, so aus der
Dabei erweist sich die Position des Antriebsmotors sowie die Ausgestaltung der Verzahnung als aufwändig. Auch der Wirkungsgrad des Antriebsmotors erweist sich als nicht optimal und erfordert durch seine Stromaufnahme einen erhöhten Aufwand für das Steuergerät, das die Umdrehungen der Achse des Antriebsmotors kontrolliert.In this case, the position of the drive motor and the configuration of the toothing proves to be expensive. The efficiency of the drive motor proves to be not optimal and requires by its power consumption an increased effort for the control unit that controls the revolutions of the axis of the drive motor.
Auch das vollständige Öffnen der Kupplung im Fehlerfall, wenn der Antriebsmotor stromlos ist, ist dem Stand der Technik nicht vollständig gelöst. Damit ist die Abschleppfähigkeit eines Fahrzeuges, das eine Akuationsvorrichtung wie im Stand der Technik aufweist, eingeschränkt.Even the complete opening of the clutch in case of failure, when the drive motor is de-energized, is not completely solved in the prior art. Thus, the towing ability of a vehicle having an actuator as in the prior art is limited.
Aus der
Die
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Aktuatorvorrichtung für Reibungskupplung vorzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.It is therefore an object of the invention to provide an improved friction clutch actuator which overcomes the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Aktuatorvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring und einem zweiten Aktuatorring die über Kugeln in den jeweiligen Kugelrillen so zusammenwirken, dass durch eine Antriebbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine Axialbewegung der Aktuatorring relativ zueinander bewirkt wird. Der Antriebsmotor treibt dabei eine Vorrichtung an, die die Antriebskraft direkt über die Koppelmittel auf beide Aktuatorringe überträgt.The object is achieved with an actuator device having a first actuator ring and a second actuator ring which cooperate via balls in the respective ball grooves so that an axial movement of the actuator ring relative to each other is effected by a drive movement of the actuator rings relative to each other. The drive motor drives a device that transmits the driving force directly via the coupling means on both actuator rings.
Vorteilhafterweise hat diese Art des Direktantriebs einen höheren Wirkungsgrad als der im Stand der Technik bekannte Schraubradantrieb. Der Direktantrieb ermöglicht es, einen Antriebsmotor mit einer Auslegung, die eine geringere Stromaufnahme erforderlich macht und eine geringe Drehmomentkapazität zur Verfügung stellen muss, zu verwenden. Dadurch wird gleichzeitig der Aufwand der für das Steuergerät getrieben werden muss reduziert. Die gesamte energetische Bilanz wird durch den Einsatz eines Direktantriebs optimiert.Advantageously, this type of direct drive has a higher efficiency than the Schraubradantrieb known in the art. The direct drive makes it possible to use a drive motor with a design that requires a lower power consumption and has to provide a low torque capacity. As a result, the effort to be driven for the control unit is reduced at the same time. The entire energy balance is optimized by the use of a direct drive.
Der direkte Antrieb der Aktuatorringe ermöglicht es eine axialen Verschiebung, kraftgesteuert statt einer weggesteuert, vorzusehen. Das hat den großen Vorteil, dass beispielsweise bei einem Einsatz in einer Reibungskupplung die Kraft auf eine Druckplatte einfach nachregelbar ist, und auch in einer Verschleißsituation der Reibungskupplung eine Nachregelung problemlos ohne Steueraufwand möglich ist. Der Vorteil liegt im einfachen Zusammenhang zwischen der Bestromung des Motors und dem Drehmoment an der Kupplung.The direct drive of the actuator rings makes it possible to provide an axial displacement, force-controlled instead of a path-controlled. This has the great advantage that, for example, when used in a friction clutch, the force on a pressure plate is easily readjusted, and even in a wear situation of the friction clutch readjustment is easily possible without tax expense. The advantage lies in the simple relationship between the current supply to the motor and the torque at the clutch.
Die Optimierung des Wirkungsgrades und die symmetrische Kraftübertragung ermöglicht es, die Axialkraft auf beispielsweise ein Kupplungspaket einer Reibungskupplung auf einfache Weise zu übertragen.The optimization of the efficiency and the symmetrical power transmission makes it possible to easily transmit the axial force on, for example, a clutch pack of a friction clutch.
Symmetrisch ist dabei der Anbringungsort des Motors und die Position des Einbringens der Kraft. Unerwünschte Momente werden nicht mehr durch ein achsfernes Einbringen von Kraft erzeugt.Symmetrical is the location of the motor and the position of the introduction of the force. Undesired moments are no longer generated by a far-away introduction of force.
Weiterhin hat das Prinzip des Direktantriebs den Vorteil, dass sich eine Reibungskupplung vollständig und selbsttätig öffnet, wenn die Aktuatorvorrichtung stromlos ist. Damit kann ein mit der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug ohne Probleme abgeschleppt werden. Auch für das Erreichen eines Fail-Safe Zustandes einer solchen Kupplung ist das Aufgehen der Kupplung wichtig.Furthermore, the principle of the direct drive has the advantage that a friction clutch opens completely and automatically when the actuator device is de-energized. Thus, a equipped with the actuator according to the invention vehicle can be towed without problems. Also, for achieving a fail-safe state of such a coupling, the rising of the clutch is important.
Durch den Direktantrieb entfallen Schraubspindel und Zahnsegmente und eine komplizierte bauliche Abstützung des Antriebsmotors im Gehäuse, da der Antriebsmotor im Stand der Technik nicht zentrisch angebracht war und daher die auftretenden Axialkräfte abgeführt werden mussten.The direct drive eliminates screw and gear segments and a complicated Structural support of the drive motor in the housing, since the drive motor was not centrally mounted in the prior art and therefore the axial forces had to be dissipated.
Die vorgeschlagene Aktuatorvorrichtung ermöglicht es, die Produktion zu vereinfachen und daher höhere Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Bisher kam es bei der Montage immer wieder zu Problemen, durch die Beschädigung von einzelnen Zähnen beim Zusammenbau des Aktuators. Durch den direkten Eingriff des Antriebsmotors zwischen den Aktuatorringen sind die Antriebsachse des Antriebsmotors sowie die Achse der Antriebswelle einer Kupplung senkrecht zueinander und gekreuzt angeordnet. Dadurch wird eine bauliche Optimierung von Antriebsmotor in Relation zum Gehäuse einer Reibungskupplung möglich.The proposed actuator device makes it possible to simplify production and therefore meet higher quality requirements. Up to now, problems have repeatedly been encountered in assembly due to the damage of individual teeth during assembly of the actuator. Due to the direct engagement of the drive motor between the Aktuatorringen the drive axis of the drive motor and the axis of the drive shaft of a clutch are arranged perpendicular to each other and crossed. As a result, a structural optimization of the drive motor in relation to the housing of a friction clutch is possible.
Vorteilhafterweise werden die Kugelrillen in konzentrischen Kreisen radial übereinander angeordnet und ermöglichen einen sehr großen und gleichmäßigen Verstellweg. Durch die Anordnung der Kugeln in Kugelrillen, die in konzentrischen Kreisen übereinander angeordnet sind, wird verhindert, dass die Kugeln sich gegenseitig behindern.Advantageously, the ball grooves are arranged radially in concentric circles one above the other and allow a very large and uniform adjustment. The arrangement of the balls in ball grooves, which are arranged in concentric circles one above the other, prevents the balls from hindering each other.
Vorteilhafterweise sind dabei die Kugelrillen so ausgestaltet, dass sie einen fast vollständigen Kreis ausbilden. Auch diese Maßnahme dient zur optimalen Einstellung des Verstellwegs.Advantageously, the ball grooves are designed so that they form an almost complete circle. This measure also serves for optimal adjustment of the adjustment.
Vorteilhafterweise ist die Antriebsvorrichtung als reibschlüssige Verbindung ausgestaltet, die es ermöglicht die Reibungskupplung kraftgesteuert statt weggesteuert zu betreiben.Advantageously, the drive device is designed as a frictional connection, which allows the friction clutch power controlled instead of driving away controlled.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit wird eine formschlüssige Verbindung der Antriebsvorrichtung mit den Aktuatorringen hergestellt.In a further advantageous embodiment, a positive connection of the drive device is made with the Aktuatorringen.
Vorteilhafterweise ist die Ausgestaltung der Aktuatorringe für den jeweiligen Einsatz optimiert, wobei die Lage der Kugeln frei wählbar ist. Es ist weiterhin von Vorteil, dass die Aktuatorringe selbst an die Anforderungen der jeweiligen Reibungskupplung angepasst werden, wobei sie entweder eben sind oder eine Steigung aufweisen können.Advantageously, the configuration of the actuator rings is optimized for the particular application, wherein the position of the balls is arbitrary. It is also advantageous that the actuator rings themselves be adapted to the requirements of the respective friction clutch, wherein they are either flat or may have a slope.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
In
Um die Druckplatte
Um die erläuterte Drehbewegung des Verstellrings
Die Betätigung der gezeigten Reibungskupplung zur Übertragung des Drehmoments zwischen der Antriebswelle
Die Aktuatorvorrichtung stützt sich mit den Axiallagern
Die Bauteile der
Die Aktuatorvorrichtung stützt sich wie im Stand der Technik zwischen zwei Axiallagern auf der Antriebswelle ab.The actuator device is supported as in the prior art between two thrust bearings on the drive shaft.
Ein Axiallager
Im Schnittbild der
Die Aktuatorvorichtung ist zwischen den Axiallager
In
Über eine Verdrehsicherung
Das bedeutet das der Käfig
Auf der zur Kupplung hingerichteten Seite der Aktuatorvorrichtung ist der zweite Aktuatorring
In
Auf der rechten Seite der
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Kugelrillen zeigt unterschiedliche Rampenwinkel der unterschiedlichen Rillen. Dabei weist die Kugelrille des innersten Kreises einen Rampenwinkel von 0,555° auf während der Rampenwinkel der nach außen nächsten Kugelbahn 0,473° beträgt und der äußerste Rampenwinkel mit 0,413° noch geringer ausgestaltet ist. Der Laufbahndurchmesser der unterschiedlichen Kugelrillen wird dabei über 70 mm auf 82 mm und 94 mm größer. Mit dieser beispielhaften Ausgestaltung ist bei einer Kugel-Durchmessergröße von 8 mm ein Aktuierungshub von 2,04 mm möglich. Mit den unterschiedlichen Rampenwinkeln wird ein gleichmäßiger Hub über alle Kugeln erzielt.An exemplary embodiment of the ball grooves shows different ramp angles of the different grooves. In this case, the ball groove of the innermost circle has a ramp angle of 0.555 °, while the ramp angle of the outward nearest ball track is 0.473 ° and the outermost ramp angle of 0.413 ° is made even smaller. The raceway diameter of the different ball grooves is greater than 70 mm to 82 mm and 94 mm larger. With this exemplary embodiment, an actuation stroke of 2.04 mm is possible with a ball diameter size of 8 mm. With the different ramp angles, a uniform stroke over all balls is achieved.
Die Rampenwinkel der unterschiedlichen Rillen sowie die Länge der Bahnen hängt dabei stark von der Ausgestaltung der Aktuatorvorrichtung ab. Die einzustellenden Parameter müssen zudem der Tatsache Rechnung tragen, dass die Kugeln sowie ein lasttragender Antrieb durch den unterschiedlichen radialen Abstand der Kugeln vom Zentrum unterschiedlich stark belastet sind.The ramp angle of the different grooves and the length of the webs depends strongly on the design of the actuator device. The parameters to be set must also take account of the fact that the balls and a load-bearing drive are differently loaded by the different radial distance of the balls from the center.
Der Antriebsmotor
Die Ausführung mit dem Planetengetriebe weist vor allem dann Vorteile auf, wenn die angetriebene Vorrichtung, wie nachstehend erläutert, eine Verzahnung ist.The embodiment with the planetary gear has advantages especially when the driven device, as explained below, is a toothing.
Der Antriebsmotor
Die Bahnen, in denen die Kugeln laufen werden nach den Anforderungen gestaltet. Der Querschnitt muss dabei nicht halbkreisförmig sein. Durch die Verwendung eines unterhöhlten Nutgrunds werden die Kräfte auf die Kugelflanken erhöht und die Kugeln besser geführt. Die Querschnitte der Kugelrillen können sich entlang ihres Verlaufs ändern und auch von Kugelrille zu Kugelrille unterschiedlich sein.The tracks in which the balls run are designed according to the requirements. The cross section does not have to be semicircular. The use of an undercut groove bottom increases the forces on the ball flanks and guides the balls better. The cross sections of the ball grooves may vary along their course and also be different from ball groove to ball groove.
Die vorgeschlagene Aktuatorvorrichtung hat den Vorteil, dass wenn der Antriebsmotor
Die Einstellung des Aktuatorhubs erfolgt über kontinuierliche Rotationsbewegung des Antriebsmotors, der solange dreht bis die erforderliche Axialkraft auf das Kupplungspaket eingestellt ist. Komplizierte Nachstellungslogiken, die der Tatsache Rechnung tragen, dass die Lamellen des Kupplungspaketes verschleißen und die Abstände sich dadurch ändern, sind überflüssig. Es reicht völlig aus, die Axialkraft zu messen und den Antriebsmotor mit dieser Einstellung anzusteuern. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung könnten Motorpositionssensoren, die die einzelnen Umdrehungen der Motorachse aufnehmen überflüssig sein. Insgesamt lässt sich die Sensorik der Vorrichtung vereinfachen. Das Messen des Stroms am Motor reicht als Maß für die Bestimmung der Axialkraft aus. Das Moment an der Kupplung ist damit auf direktem Weg gut bestimmt.The setting of the actuator stroke is carried out via continuous rotational movement of the drive motor, which rotates until the required axial force is set to the clutch pack. Complicated adjustment logics, which take into account the fact that the lamellae of the clutch pack wear out and the distances thereby change are superfluous. It is sufficient to measure the axial force and to control the drive motor with this setting. By using the actuator device according to the invention engine position sensors that record the individual revolutions of the motor axis could be superfluous. Overall, the sensor technology of the device can be simplified. Measuring the current on the motor is sufficient as a measure of the determination of the axial force. The moment at the clutch is thus well determined directly.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Vorrichtung
Die Verwendung von einem Kugelkopf als ein Antriebs-Element ist nur ein Beispiel, es können auch tonnen- oder kegelförmige Ausgestaltungen gewählt werden.The use of a ball head as a drive element is only an example, barrel or conical configurations may also be selected.
Weiterhin ist es möglich das Antriebselement nur für das Einbringen der Antriebskraft auszugestalten und das Antriebselement nicht als Lager für die Aufnahme der Last zu verwenden. Die Elemente zur Aufnahme der Last können dabei ebenfalls kegelförmige Elemente sein. Es sind auch Kombinationen von kugel-, tonnen- und kegelförmige Elementen möglich.Furthermore, it is possible to design the drive element only for the introduction of the driving force and not to use the drive element as a bearing for receiving the load. The elements for receiving the load can also be conical elements. Combinations of spherical, barrel and conical elements are also possible.
Sollte für einen Anwendungsfall ein reibschlüssiger Antrieb nicht ausreichend sein, um die notwendige Antriebskraft aufzubringen, sind auch formschlüssige Antriebsmöglichkeiten denkbar. Dabei kommen kegelförmige Zahnräder mit an geformten Rollen zum Einsatz oder Kombinationen aus Antriebsrädern, reibschlüssigen Elementen und/oder lasttragenden Rollen. Die eigentliche Ausgestaltung der Vorrichtung
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Kugeln bzw. des Kugelkopfes so gewählt dass sie auf dem Kreisumfang jeweils 120° Abschnitte bilden.In the exemplary embodiment shown, the positions of the balls or the ball head are selected such that they form 120 ° sections on the circumference.
Je nach Anwendungsfall ist es aber auch möglich, die Position der Kugeln bzw. des Kugelkopfes oder des alternativen Antriebselements freier zu gestalten und eine ungleichmäßige Winkelaufteilung von 90° oder 120° oder 150° zu wählen. Es ist auch denkbar mehr als drei Kugeln bzw. zwei Kugeln und eine Antriebseinheit zu verwenden. Auch die Verwendung von mehr als einer Antriebseinheit ist denkbar. Eine solche Lösung wäre in der Lage die Antriebskräfte gleichmäßiger über die Aktuatorringe zu verteilen und käme auch mit kleiner ausgelegten Antriebsmotoren aus.Depending on the application, it is also possible to make the position of the balls or the ball head or the alternative drive element more free and to choose a non-uniform angular distribution of 90 ° or 120 ° or 150 °. It is also conceivable to use more than three balls or two balls and a drive unit. The use of more than one drive unit is conceivable. Such a solution would be able to distribute the drive forces more uniformly over the actuator rings and would also work with smaller sized drive motors.
Die Ausgestaltung der Aktuatorringe
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Aktualisierungsvorrichtung mit einer Ölleiteinrichtung versehen, die die Schmierung der angeschlossenen Kupplung vereinfacht. Dabei können am Käfig
Die aufgezählten Maßnahmen und Varianten lassen sich alle untereinander kombinieren und ermöglichen ein hohes Maß an Anpassung an die geforderte Leistung der Aktuatorvorrichtung.The enumerated measures and variants can all be combined with each other and allow a high degree of adaptation to the required performance of the actuator device.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sondern erstreckt sich auf alle Ausführungsformen, die ein Fachmann als gleichwirkend ansehen würde.The invention is not limited to the embodiments described but extends to all embodiments that a person skilled in the art would consider as having the same effect.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1111
- Gehäusecasing
- 1313
- Kupplungsnabeclutch
- 1515
- Antriebswelledrive shaft
- 1717
- Reiblamellenfriction plates
- 1919
- Kupplungskorbclutch basket
- 2020
- KäfigCage
- 2121
- Stirnradverzahnungspur
- 2222
- Antriebsvorrichtungdriving device
- 2323
- Druckplatteprinting plate
- 2525
- TellerfederanordnungDisc spring arrangement
- 2727
- Erster Aktuatorring, StützringFirst actuator ring, support ring
- 2929
- Zweiter Aktuatorring, VerstellringSecond actuator ring, adjusting ring
- 3131
- Radiallagerradial bearings
- 3030
- Aufnahmeadmission
- 3333
- Axiallagerthrust
- 3434
- Schlitzeslots
- 3535
- Abschnitt der AntriebswelleSection of the drive shaft
- 3636
- hantelförmiges Elementdumbbell-shaped element
- 3737
- Axiallagerthrust
- 3838
- Erster KugelkopfFirst ball head
- 3939
- Kugelrilleball groove
- 4040
- Kugelkopfball head
- 4141
- Kugelrilleball groove
- 4242
- Abstanddistance
- 4343
- KugelBullet
- 4545
- Antriebsmotordrive motor
- 4747
- Kopplungsabschnittcoupling portion
- 4949
- SchraubradwelleSchraubradwelle
- 5151
- SchraubradverzahnungSchraubradverzahnung
- 5252
- Randedge
- 5353
- AufnahmenRecordings
- 5454
- Verdrehsicherungtwist
- 5757
- Ausnehmungrecess
- 6060
- Gelenkjoint
- AA
- Zentralachsecentral axis
- BB
- Achse des AntriebsmotorsAxis of the drive motor
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R082 | Change of representative |
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