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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktor zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere einer Flaschenzugkupplung nach den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2012 214 037 zeigt eine Reibungskupplung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Gegenplatte aufweist, auf der ein Differenzialflaschenzug gelagert ist. Der Differenzialflaschenzug umfasst eine erste Seiltrommel und eine zweite Seiltrommel, die beide von einem seilförmigen Zugmittel umschlungen sind. Die erste Seiltrommel weist im Bereich des umschlungenen Zuges einen größeren Durchmesser auf als die zweite Seiltrommel. Das Zugmittel wird mit der Hilfe von beispielsweise drei in der Umfangsrichtung um ca. 120 Grad zueinander versetzten Rollen geführt, die in radialer Richtung bewegbar sind.
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Zum Schließen der Reibungskupplung wickelt sich das Zugmittel auf die erste Seiltrommel auf und von der zweiten Seiltrommel ab. Dabei verkürzt sich auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser der Seiltrommeln die Weglänge des zwischen der ersten Seiltrommel und der zweiten Seiltrommel verlaufenden Zugmittels. Die Umlenkrollen werden entlang einer Federkraft radial nach innen gezogen.
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Die Umlenkrollen sind mit einem weiteren Zugmittel verbunden, das über Richtungsrollen in der Umfangsrichtung umgelenkt wird. Das weitere Zugmittel kann bei der Bewegung der Umlenkrollen von der geöffneten Position in die geschlossene Position eine Zugkraft in einen Faktorenflaschenzug einleiten, der Rollen umfasst, die abwechselnd mit der Gegenplatte und der Anpressplatte an deren radial nach außen weisenden Rändern verbunden sind.
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Es ist ferner ein Hebelaktor zur Betätigung einer Einfach- und einer Doppelkupplung bekannt, der radial im Getriebegehäuse angebracht ist und eine einstellbare Kompensation zwischen einer Feder und der Kupplung bewirkt.
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Im Stand der Technik sind weiter mechanische Zentralausrücker bekannt, die konzentrisch um die Getriebeeingangswellen angeordnet sind. Meist sind dies weggesteuerte Kupplungssysteme.
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Die Kupplung kann wenigstens eine Kupplungsscheibe umfassen, die zwischen einer Druckscheibe und einer Gegendruckscheibe angeordnet ist. Die beiden Druckscheiben werden zum Schließen der Kupplung von beiden Seiten gegen die Kupplungsscheibe gepresst.
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Da die mit dem Getriebe mitdrehende Kupplungsscheibe um die eigene Achse rotiert, kann es bei wiederholter Betätigung der Kupplung zu Verschleißerscheinungen an der Druck- bzw. an der Gegendruckscheibe kommen.
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Der Begriff Verschleiß bezeichnet den fortschreitenden Materialverlust aus der Oberfläche der Kupplungsscheibe oder der Druckscheibe bzw. der Gegendruckscheibe. Der Materialverlust wird durch mechanische Ursachen wie z.B. eine Kontakt- und/oder Relativbewegung der Scheiben zueinander hervorgerufen. Der Verschleiß kann zu Masseverlust (Oberflächenabtrag) an der Kupplungsscheibe und/oder an der Druckscheibe und/oder an der Gegendruckscheibe z.B. durch schleifende, chemische und thermische Beanspruchung führen.
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Im Bereich der Kupplung liegen sich berührende Bauteile, nämlich die Kupplungsscheibe, die Druckscheibe und die Gegendruckscheibe beim Schließen der Kupplung fest aneinander. Beim Gleiten der Scheiben aneinander können Randschichtteilchen abgeschärt werden. Schuppenartige Materialteilchen können von den Scheibenoberflächen abgesprengt werden und sich zu Löchern erweitern.
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Verschleiß kann einer der Hauptgründe für die Beschädigung der Bestandteile der Kupplung sein.
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Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Aktor bereitzustellen, bei dem die Folgen des Verschleißes ausgeglichen werden können. Dadurch soll die Lebensdauer der Kupplung erhöht und die zu Grunde liegenden Wartungsintervalle verlängert werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Die Kupplung bezeichnet ein Maschinenelement, das der starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren Verbindung zweier Wellen dient. In Kraftfahrzeugen können kraftschlüssige und im Betrieb lösbare Kupplungen eingesetzt werden. Die Kupplung kann die Verbindung zwischen Motor und Getriebe unterbrechen, wenn der Gang bei laufendem Motor gewechselt werden soll. Dabei wandelt die Kupplung das Drehmoment und die Drehzahl zwischen dem Motor und dem Getriebe. Die Drehzahl und das Drehmoment sind dazu an der Kupplungseingangswelle größer oder mindestens gleich groß, wie die Drehzahl und das Drehmomentan an der Ausgangswelle.
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Die Kupplung kann kraftschlüssig arbeiten und als lösbare und selbstlösbare Kupplungen ausgebildet sein (Rutschkupplung). In einer anderen Variante kann die Kupplung eine Reibkupplung sein, die sich insbesondere beim Anfahren des Kraftfahrzeugs als sehr vorteilhaft erweist. Die Kontaktflächen der Kupplung können eben oder kegelförmig ausgebildet sein. Im Weitern wird das Verfahren am Beispiel einer Flaschenzugkupplung beschrieben.
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Zur Betätigung der Kupplung kann ein Aktor, insbesondere ein Drehhebelaktor vorgesehen sein. Der Aktor kann ein sternförmiges Bauteil aufweisen, das wenigstens einen Arm umfasst. Der Aktor kann darüber hinaus einen Verstellantrieb vorsehen, der gegenüber dem sternförmigen Bauteil verschiebbar ist und eine über Kulisse verfügt. Der Arm des sternförmigen Bauteils ist zu seiner Positionierung an einer Steigung einer Kulisse eines Antriebsgetriebes in die Kulisse des Verstellantriebs einführbar. Der Arm des sternförmigen Bauteils ist an der Steigung von einer Stellung „Kupplung offen“ zu einer Stellung „Kupplung geschlossen“ bewegbar.
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Rein beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich wird der Aktor im Folgenden im Zusammenhang mit einer kraftschlüssigen Kupplung, insbesondere einer Reibkupplung beschrieben.
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Der Aktor kann eine drehbar gelagerte Abtriebseinrichtung aufweisen, bei der die Drehrichtung sowie der Drehwinkel von der Drehrichtung und dem Drehwinkel des sternförmigen Bauteils abhängen.
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Über der Kulisse des Antriebsgetriebes kann die Abtriebseinrichtung der Drehbewegung des sternförmigen Bauteils folgen, in dem die Kulisse der Abtriebseinrichtung auf einer Führungsrolle des Arms des sternförmigen Bauteils abrollt.
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Zur Herstellung eines Kraftgleichgewichtes zwischen dem Antriebsgetriebe und der Abtriebseinrichtung kann die um die Spindelachse drehbare Abtriebseinrichtung der Drehbewegung des sternförmigen Bauteils um die Spindelachse folgen. Die Kulisse der Abtriebseinrichtung bewegt sich dabei über dem Arm von einer Stellung „Kupplung offen“ zu einer Stellung „Kupplung geschlossen“ und umgekehrt. Bei der Drehung um die Spindelachse nimmt das sternförmige Bauteil seinen wenigstens einen Arm mit.
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Der Arm durchragt ein Fenster eines Verstell-Sensierrings und nimmt den Verstell-Sensierring bei seiner Drehung um die Spindelachse mit. Das Fenster kann in der Wand des Verstell-Sensierrings vorgesehen sein. Im zusammengebauten Zustand ist der Verstell-Sensierring innerhalb der Abtriebseinrichtung angeordnet.
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Der Verstell-Sensierring weist wenigstens eine Nase, über die er in dem Führungsschlitz der Abtriebseinrichtung geführt ist. Zur Verrastung des Verstell-Senssierrings kann die Abtriebseinrichtung einen relativ zur Spindelachse axial verlaufenden ersten Schlitz aufweisen, der die zugehörige Nase aufnehmen kann. Darüber hinaus kann in der Wand der Abtriebseinrichtung ein zweiter rechtwinklig zum dem ersten Schlitz verlaufender Führungsschlitz vorgesehen sein, in dem der Verstell-Sensierring in seiner Drehbewegung um die Spindelachse geführt ist. Durch die Länge des Führungsschlitzes radial zur Spindelachse kann der Drehwinkel des Verstell-Sensierrings gegenüber der Spindelachse begrenzt werden.
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Die Anzahl der im Verstell-Sensierring vorgesehenen Fenster ist bestimmt durch die Anzahl der Arme des sternförmigen Bauteils.
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Im verbauten Zustand sind der Verstell-Sensierring und die Abtriebseinrichtung in etwa auf der gleichen Höhe und in Bezug zur Spindel radial übereinander angeordnet. Das Fenster des Verstell-Sensierrings und die Kulisse der Abtriebseinrichtung kommen übereinander zu liegen. In Bezug zum Umfang des Verstell-Sensierrings ist die Längenausdehnung des Fensters des Verstell-Sensierrings geringer als die Längenausdehnung der Kulisse der Abtriebseinrichtung.
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Wenn in der Kraftkennlinie des betätigten Seils der Flaschenzugkupplung ein Verschleiß auftritt, kommen die auf die Kupplungsscheibe wirkenden Kräfte erst bei höheren Wegen zum Einsatz. Darauf folgt, dass sich der Arm des sternförmigen Bauteils des Drehhelbelaktors in der Position „Kupplung zu“ weiter in der Kulisse der Antriebsrichtung bewegt. Die verschleißbedingte Weiterbewegung des Arms wird im Weiteren als Überweg bezeichnet.
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Der Überweg kann durch den Sensier-Verstellring erfasst werden, da die Längsausdehnung des Fensters im Verstell-Sensierring kürzer ist, als die Längsausdehnung der Kulisse der Abtriebseinrichtung. Über die Länge des Überwegs wird der Sensier-Verstellring durch den Arm des sternförmigen Bauteils mitgenommen. Beim Zurückfahren des Arms des sternförmigen Bauteils in Richtung der Stellung „Kupplung offen“ wird der Verstell-Sensierring wieder in seine Ausgangslage gedrückt.
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Durch den Überweg, den der Arm zurücklegt und um den der Arm den Verstell-Sensierring verschiebt, kommt ein Federelement des Sensier-Verstellrings mit der Verzahnung an der Stirnseite eines Zahnrads in Eingriff. Das Federelement kann eine Blattfeder sein. Für Aktoren anderer Größen können auch Federelemente in der Art von Biegefedern, Ringfedern, Schraubenfedern o.ä. eingesetzt werden. Fährt der Arm zurück in Richtung der Stellung „Kupplung offen“ greift das Federelement an einem Zahn des Zahnrads an und dreht das Zahnrad um seine Drehachse.
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Das Zahnrad kann an der Abtriebseinrichtung gelagert sein. In einem Winkel zur Zahnung an seiner Stirnseite kann das Zahnrad ein Gewinde eines Schneckengetriebes aufweisen, das mit einer Innenverzahnung einer Seilrolle in Eingriff steht.
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Über die Seilrolle kann das verschleißbedingt überschüssige Zugseil aufgewickelt werden. Es kann ein Freilaufantrieb vorgesehen sein, der das Zahnrad, das über das Federelement mit der Seilrolle in Eingriff bringbar ist außer Wirkung stellt. Die Verzahnung der Seilrolle kann als Innenverzahnung ausgelegt sein, sodass das Zahnrad mit seinem außen liegenden Schneckengewinde an den Schraubengängen der Innenverzahnung der Seilrolle angreifen kann.
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Das Schneckengetriebe zeichnet sich auf Grund der Schneckenverzahnung durch eine sehr hohe Belastbarkeit aus. Schneckengetriebe können eine hohe Untersetzung aufweisen und als links- und rechtssteigende Schnecken ausgebildet sein. Die Drehrichtung der Schnecke kann in und entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufen. Das Schneckenrad kann eine schräge Verzahnung aufweisen. Der Winkel der Verzahnung kann so groß sein, dass sich ein Zahn mehrfach schraubenförmig um die Drehachse der Schnecke windet. Es sind eingängige oder mehrgängige Schnecken vorstellbar. Die Erfindung ist dabei auf alle Arten von Schneckengetrieben anwendbar, wie z.B. auf Zylinder-Schneckengetriebe, Globoid-Schneckengetriebe und andere zweckdienliche Schneckengetriebeformen. Erfindungsgemäß können alle Bauteile zur Verschleißnachstellung im Aktor der Kupplung integriert werden. Die Sensierung und die Nachstellung des Verschleißes können im Verstell-Sensierring in einem Bauteil zusammengefasst werden. Die Erfindung stellt somit eine hoch integrierte Bauform dar, die kürzeste mechanische Wege zwischen Verschleißerkennung und Nachstellung des Seilzugs ermöglich.
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Der Verschleiß kann mittels des Verstell-Sensierrings direkt am Aktor erkannt werden und über das Zahnrad sofort nachgestellt werden. Die Nachstellung des Verschleißweges kann präzise erfolgen, da nur extrem kurze Wege nachgestellt werden müssen.
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Die Sensierung des Verschleißes kann im Verstell-Sensierring hinter der ersten Übersetzung, nämlich hinter dem Antriebsgetriebe erfolgen. Dadurch stehen der Verschleißnachstellung längere Wege zur Verfügung, wodurch die Nachstellgenauigkeit erheblich verbessert werden kann. Andererseits ermöglicht die Erfindung einen gegenüber anderen Verschleißnachstellungssystemen aus dem Stand der Technik einen äußerst kurzen Weg zwischen Verschleißerkennung und Verschleißnachstellung. Zudem ermöglicht die Erfindung eine hohe Integrationsdichte der Bauteile innerhalb des Aktors.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung den Aktor zur Betätigung einer Kupplung,
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2 in Explosionsdarstellung den Aktor mit Verstell-Sensierring und Zahnrad und
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3 die zur Sensierung und Nachstellung des Verschleißes erforderlichen Bauteile.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Aktor 1 mit einem Antriebsgetriebe 22, bei dem das Antriebsgetriebe 22 durch einen Federantrieb 25 gegenüber einem Gehäuse 26 durch eine Federkraft beaufschlagt ist. Koaxial zwischen den Federn des Federantriebs 25 ist ein Motor 27 dargestellt, der eine nicht gezeigte Spindel 2 um die Spindelachse 28 dreht. Mit der Drehung der Spindelachse 28 wird ein sternförmiges Bauteil 3 über einen Verstellantrieb 21 in eine Drehbewegung um eine Spindelachse 28 versetzt.
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Arme 4 des sternförmigen Bauteils 3 rollen über Führungsrollen 29 auf einer Kulisse 6 eines Antriebsgetriebes 22 ab. Der Arm 4 des sternförmigen Bauteils 2 ist auf der Kulisse 6 des Antriebsgetriebes 22 von einer Stellung „Kupplung offen“ 30 in eine Stellung „Kupplung geschlossen“ 31 führbar.
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Axial oberhalb des Antriebgetriebes 22 ist eine Abtriebseinrichtung 7 dargestellt, deren Kulisse 16 auf Führungsrolle 29 der Arme 4 abrollt und dabei der Ausrichtung des Arms 4 gegenüber der Kulisse 6 des Antriebsgetriebes 22 folgt.
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Durch den Schlitz 18 der Abtriebseinrichtung 7 ist der Verstell-Sensierring 9 erkennbar. Die Schlitze 18 verlaufen zur Verrastung des Verstell-Sensierrings 9 in der Abtriebseinrichtung 7 axial zur Spindelachse 28 und zur Führung des Verstell-Sensierrings 9 radial zur Spindelachse 28 in der Wand der Abtriebseinrichtung 7.
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An der Außenseite der Abtriebseinrichtung 7 ist ein Zahnrad 10 dargestellt, dessen Verzahnung 11 mit einer Innenverzahnung 15 einer Seilrolle 14 kämmt. Die Seilrolle 14 ist drehbar gelagert. Die Abtriebseinrichtung 7 ist über ein Axiallager 19 drehbar an der Spindel 2 des Aktors 1 gelagert.
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2 zeigt in Explosionsdarstellung den Aktor mit den zur Sensierung und zur Nachstellung des Verschleißes der Flaschenzugkupplung erforderlichen Bauteilen.
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Axial oberhalb des im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Federantriebs 25 ist das sternförmige Bauteil 3 mit den Armen 4 zu erkennen. Die Arme 4 sind in die korrespondierenden Kulissen 6 des Antriebsgetriebes 22 eingeführt. Auf Grund des axialen und gegenüber der Spindelachse 28 radial gekrümmten Verlaufs der Kulisse 5 des Verstellantriebs 21 kann das sternförmige Bauteil 3 um die Spindelachse 28 gedreht werden. Oberhalb des Gehäuses 26 ist der Verstell-Sensierring 9 dargestellt, der ein ringförmiges Bauteil ist und über Nase 17 in der Abtriebseinrichtung 7 zentriert ist.
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Die Fenster 8 erstrecken sich in der umlaufenden Wand des Verstell-Sensierrings 9. Die Länge 32 des Fensters 8 des Verstell-Sensierrings 9 ist in seiner Ausdehnung kürzer als die Länge 33 der Kulisse 16 der Abtriebseinrichtung 7.
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Abragend vom Verstell-Sensierring 9 ist ein Federelement 12 dargestellt, das im Verschleißfall in die Verzahnung 11 des Zahnrads 10 eingreift. Das Zahnrad 10 ist in etwa rechtwinklig zur Spindelachse 28 an der Abtriebseinrichtung 7 drehbar gelagert. An der von der Spindel 2 abgewandten Außenwand des Zahnrads 10 ist ein Schneckengewinde 13 gezeigt, dessen Gewindegänge 34 mit der Innenverzahnung 15 der Seilrolle 14 in Eingriff stehen. Im Inneren der Seilrolle 14 ist in 2 das Axiallager 19 gezeigt.
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3 zeigt im Einzelnen die Bauteile, die zur Sensierung des Verschleißes und zur Rückstellung der Seilrolle dienen.
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Mit 3a ist die Seilrolle 14 dargestellt, deren Innenverzahnung 15 in die Gewindegänge 34 des Schneckengewindes 13 des Zahnrads 10 eingreifen (vgl. 3b).
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Die Abtriebseinrichtung 7, in 3c dargestellt, umfasst die Kulisse 16 mit der Position „Kupplung offen“ 30 und der Position „Kupplung geschlossen“ 31. Die Länge 33 der Kulisse 16 der Abtriebseinrichtung 7 ist dabei größer als die Länge 32 des Fensters 8 des Verstell-Sensierings 9 (3d).
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Der Verstell-Sensierring 9 ist ringförmig ausgebildet und umfasst in 3d drei Fenster 8. Am Verstell-Sensierring 9 sind seitlich vom Verstell-Sensierring 9 abragend die Nasen 17 zu erkennen. Die drei Fenster 8 des Verstell-Sensierrings 9 korrespondieren mit drei Armen 4 eines nicht dargestellten sternförmigen Bauteils 3.
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Darstellung 3e zeigt das Federlement 12 das in der Darstellung eine Blattfeder ist. Das Federelement 12 weist eine L-Form auf und ist mit dem kurzen Schenkel am Verstell-Sensierring 9 befestigt. Der lange Schenkel des L-förmigen Federelements 12 kommt mit der Verzahnung 11 des Zahnrads 10 in Eingriff.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Spindel
- 3
- sternförmiges Bauteil
- 4
- Arm
- 5
- Kulisse Verstellantrieb
- 6
- Kulisse Antriebsgetriebe
- 7
- Abtriebseinrichtung
- 8
- Fenster
- 9
- Verstell-Sensierring
- 10
- Zahnrad
- 11
- Verzahnung
- 12
- Federelement
- 13
- Schneckengewinde
- 14
- Seilrolle
- 15
- Innenverzahnung
- 16
- Kulisse Abtriebseinrichtung
- 17
- Nase
- 18
- Schlitz
- 19
- Axiallager
- 20
- Seilrolle
- 21
- Verstellantrieb
- 22
- Antriebsgetriebe
- 24
- Länge Fenster
- 25
- Federantrieb
- 26
- Gehäuse
- 27
- Motor
- 28
- Spindelachse
- 29
- Führungsrolle
- 30
- Kupplung offen
- 31
- Kupplung geschlossen
- 32
- Länge Fenster
- 33
- Länge Kulisse Abtriebseinrichtung
- 34
- Gewindegang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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