DE102014211398A1 - Actuating arrangement of a mechanism or a hydraulic cylinder, in particular a coupling - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung zum Betätigen einer Mechanik oder eines Hydraulikzylinders, insbesondere einer Kupplung, umfassend eine Welle (2), welche durch einen Elektromotor 9 antreibbar ist, ein Rotationselement (3), eine Getriebeanordnung (4) mit mindestens einer Übersetzungsstufe zwischen der Welle (2) und dem Rotationselement (3), eine Kurbel (5), welche mit dem Rotationselement (3) exzentrisch drehbeweglich verbunden ist, und ein Abtriebselement (6) zum linearbeweglichen Betätigen der Mechanik oder des Hydraulikzylinders, insbesondere einer Kupplung, wobei die Kurbel (5) mit dem Abtriebselement (6) drehbeweglich verbunden ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Elektromotor (9), eine Kupplung (10) und eine erfindungsgemäße Betätigungsanordnung (1) zum Betätigen der Kupplung (10).The present invention relates to an actuating arrangement for actuating a mechanism or a hydraulic cylinder, in particular a clutch, comprising a shaft (2) which can be driven by an electric motor 9, a rotation element (3), a gear arrangement (4) with at least one transmission stage between the Shaft (2) and the rotary member (3), a crank (5) which is rotatably connected eccentrically rotatably connected to the rotary member (3), and an output member (6) for linearly movable actuation of the mechanism or the hydraulic cylinder, in particular a clutch, wherein the Crank (5) is rotatably connected to the output member (6). Furthermore, the present invention relates to a coupling device comprising an electric motor (9), a coupling (10) and an actuating arrangement (1) according to the invention for actuating the coupling (10).
Description
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung einer Mechanik oder eines Hydraulikzylinders, insbesondere einer Kupplung für ein Fahrzeug. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsvorrichtung, welche einen Elektromotor, eine Kupplung und eine erfindungsgemäße Betätigungsanordnung umfasst. The present invention relates to an actuating arrangement of a mechanism or a hydraulic cylinder, in particular a clutch for a vehicle. Furthermore, the present invention relates to a coupling device comprising an electric motor, a clutch and an actuating arrangement according to the invention.
Bekannt sind in Fahrzeugen Kupplungen, die den Leistungsfluss zwischen Verbrennungsmotor und Antriebstrang trennen. Diese Kupplungen werden mit einem Fußpedal betätigt. Die Energie hierzu wird über einen Seilzug oder eine Hydraulikleitung übertragen. In letzterem Fall befindet sich am Fußpedal ein erster Hydraulikzylinder, der sogenannte Geberzylinder, und an der Kupplungsausrückeinrichtung ein zweiter Hydraulikzylinder, der sogenannte Nehmerzylinder. Der Druck breitet sich vom Geberzylinder bis zum Nehmerzylinder aus und ist für den jeweiligen Fußpedalstand überall gleich, das heißt, dass das Hydrauliksystem ein lineares System hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen Kraft und Weg darstellt. Ein solches lineares System ist auch aus der
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine nicht lineare, translatorische Bewegung ermöglicht werden kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch das Vorhandensein eines Mechanismus, welcher aufgrund der dabei auftretenden unterschiedlichen Hebelarme während seiner Bewegung eine Drehbewegung in eine in Hinblick auf den Zusammenhang zwischen Kraft und dem gefahrenen Weg nicht lineare translatorische Bewegung umwandeln kann. Die für Tellerfedern in Fahrzeugkupplungen charakteristische S-Form der Federkennlinie kann so besser nachgebildet werden. Hierbei umfasst die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung eine Welle, welche durch einen Elektromotor antreibbar ist, ein Rotationselement, eine Getriebeanordnung mit mindestens einer Übersetzungsstufe zwischen der Welle und dem Rotationselement, eine Kurbel, welche mit dem Rotationselement exzentrisch drehbeweglich verbunden ist, und ein Abtriebselement zum linearbeweglichen Betätigen der Mechanik oder des Hydraulikzylinders, insbesondere einer Kupplung, wobei die Kurbel mit dem Abtriebselement drehbeweglich verbunden ist. Die Kurbel ist direkt oder indirekt über ein weiteres Element exzentrisch mit dem Rotationselement verbunden. Durch die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung kann für jeden Betriebspunkt einer Kupplungsfederkennlinie ein geeigneter Betriebspunkt des Elektromotors ausgenutzt werden. Zusätzlich ist die Anforderung im ersten Teil der Kennlinie schnell und mit geringer Krat und im zweiten Teil der Kennlinie mit großer Kraft und hoher Genauigkeit zu verfahren, vorteilhaft für die Dynamik des Elektromotors. Somit sind unterschiedlichste Optimierungsmöglichkeiten betreffend die Dynamik und die Positioniergenauigkeit der Kupplung und die Bordnetzbelastung darstellbar. In contrast, the actuating arrangement according to the invention has the advantage that a conversion of a rotational movement into a non-linear, translational movement can be made possible. This is achieved according to the invention by the presence of a mechanism which, due to the occurring different lever arms during its movement, can convert a rotational movement into a non-linear translational motion with respect to the relationship between force and the driven path. The characteristic of disc springs in vehicle clutches S-shape of the spring characteristic can be simulated better. Here, the actuating arrangement according to the invention comprises a shaft which can be driven by an electric motor, a rotation element, a gear arrangement with at least one gear ratio between the shaft and the rotation element, a crank which is rotatably connected eccentrically rotatably connected to the rotation member, and an output member for linearly movable actuating the Mechanics or the hydraulic cylinder, in particular a clutch, wherein the crank is rotatably connected to the output member. The crank is connected directly or indirectly via a further element eccentrically with the rotary member. By the actuator assembly according to the invention, a suitable operating point of the electric motor can be utilized for each operating point of a clutch spring characteristic. In addition, the requirement in the first part of the characteristic curve to travel quickly and with low cratering and in the second part of the characteristic curve with great force and high accuracy is advantageous for the dynamics of the electric motor. Thus, a wide variety of optimization options regarding the dynamics and positioning accuracy of the clutch and the vehicle electrical system load can be displayed.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugweise kann die Getriebeanordnung eine Schneckenverzahnung umfassen, welche auf der Welle angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann die Schneckenverzahnung auf der Welle ausgebildet sein. Alternativ kann eine Schnecke mit der Welle drehfest verbunden sein. Durch eine Schneckenverzahnung kann ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis in einer einzigen Übersetzungsstufe ermöglicht werden. Dies hat einen kompakten Aufbau der Getriebeanordnung zur Folge, wobei nur eine kleine Anzahl von Bauteilen zum Realisieren einer erwünschten Übersetzung erforderlich ist. Außerdem zeichnen sich Schneckenverzahnungen aufgrund der Linienberührung und mehrfachem gleichzeitigem Zahneingriff durch eine sehr hohe Belastbarkeit und ein geräuscharmes Verhalten aus. Preferably, the gear assembly may comprise a worm gear which is arranged on the shaft. Particularly preferably, the worm toothing can be formed on the shaft. Alternatively, a worm may be rotatably connected to the shaft. By a worm gearing, a very high gear ratio can be made possible in a single gear ratio. This results in a compact construction of the gear assembly, requiring only a small number of components to realize a desired gear ratio. In addition, helical gears are characterized by the line contact and multiple simultaneous tooth engagement by a very high load capacity and low-noise behavior.
Weiter bevorzugt kann die Getriebeanordnung ein durch die Welle angetriebenes Rad umfassen. Das Rad ist Bestandteil des Rotationselements, wobei die Kurbel exzentrisch drehbeweglich mit dem Rad verbunden ist. Somit kann in genauer und schlupffreier Weise die Umwandlung einer Drehbewegung des Rades in eine erwünschte nicht lineare, translatorische Bewegung erfolgen. Das Rad kann über eine weitere Welle oder auf einem Bolzen gelagert sein. More preferably, the gear assembly may comprise a wheel driven by the shaft. The wheel is part of the rotary element, wherein the crank is eccentrically rotatably connected to the wheel. Thus, in a precise and slip-free manner, the conversion of a rotational movement of the wheel in a desired non-linear, translational movement take place. The wheel can be mounted over another shaft or on a bolt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann eine Verzahnung des Rades direkt in Eingriff mit der Schneckenverzahnung stehen. Dadurch kann ein sehr kompakter Aufbau ermöglicht werden, indem nur eine Übersetzungsstufe benutzt wird. According to a preferred embodiment of the present invention, a toothing of the wheel can be directly in engagement with the worm gear. As a result, a very compact structure can be made possible by using only one translation stage.
Vorteilhafterweise kann die Verzahnung des Rades lediglich an einem Außenumfangsteilbereich des Rades ausgebildet sein. Dadurch, dass das Rad nicht am ganzen Außenumfang mit einer Verzahnung versehen ist, kann eine Kostenersparnis erreicht werden. Wie groß der Außenumfangsteilbereich des Rades ist, welcher die Verzahnung aufweist, kann je nach Anwendung angepasst werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Verzahnung des Rades über einen Winkel (Mittelpunktswinkel eines Sektors) gleich oder kleiner als 180 Grad, insbesondere gleich oder kleiner als 140 Grad, ausgebildet sein. Advantageously, the toothing of the wheel may be formed only on an outer peripheral portion of the wheel. The fact that the wheel is not provided on the entire outer circumference with a tooth, a cost savings can be achieved. How large the outer peripheral portion of the wheel, which has the teeth can ever be adapted according to application. According to a particularly preferred embodiment, the toothing of the wheel over an angle (center angle of a sector) equal to or less than 180 degrees, in particular equal to or less than 140 degrees, be formed.
Ferner bevorzugt kann das Rad als Sektorrad ausgebildet sein. Unter Sektorrad wird ein Ausschnitt des Rades verstanden, welcher einen im Wesentlichen kreissektorförmigen Querschnitt aufweist. Besonders bevorzugt ist das Sektorrad über einen Winkel gleich oder kleiner als 180 Grad, insbesondere gleich oder kleiner als 140 Grad, ausgebildet sein. Optimal ist das Sektorrad über den ganzen Winkel in Umfangsrichtung vollständig verzahnt. Further preferably, the wheel may be formed as a sector. By sector wheel is meant a section of the wheel which has a substantially circular sector-shaped cross-section. Particularly preferably, the sector wheel is at an angle equal to or less than 180 degrees, in particular equal to or less than 140 degrees, be formed. Optimally, the sector wheel is fully interlocked over the entire angle in the circumferential direction.
Um eine Bauraumersparnis zu schaffen, können die Welle, die Getriebeanordnung, die Kurbel und zumindest ein Teil des Abtriebselements in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Durch das Verzichten auf zusätzliche Bauteile kann ferner die Montagezeit reduziert werden. Insbesondere kann das Gehäuse eine Ausnehmung aufweisen, in welcher das Abtriebselement beweglich gelagert bzw. geführt ist. To create space savings, the shaft, the gear assembly, the crank and at least a portion of the output member may be arranged in a common housing. By dispensing with additional components, the assembly time can be further reduced. In particular, the housing may have a recess in which the output element is movably supported or guided.
Weiterhin kann vorzugsweise das Abtriebselement zwischen zwei Endpositionen bewegbar sein, wobei an zumindest einer Endposition ein Mittelpunkt des Rotationselements, ein erster Verbindungspunkt der Kurbel mit dem Rotationselement und ein zweiter Verbindungspunkt der Kurbel mit dem Abtriebselement in einer gemeinsamen Linie liegen. Das heißt, dass sich die Kurbel an einer Endposition des Abtriebselements in einer Strecklage befindet, welche vorzugsweise parallel zum Abtriebselement bzw. zu einer Richtung, in der sich das Abtriebselement bewegt, ist. Die Strecklage der Kurbel bzw. die entsprechende Endposition des Abtriebselements ist einem Umkehrpunkt zugeordnet, an dem die Kurbel ihre Drehrichtung ändert. Wenn die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung zum Betätigen einer Kupplung benutzt wird, ergibt sich durch die Strecklage der Kurbel der Vorteil, dass ein stromloses Halten dieser Lage möglich ist. Somit weist die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung eine Sperrfunktion auf. Durch diese Sperrfunktion kann die Kupplung stromlos offen gehalten werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung ist, dass das Abtriebselement selbständig zurückgestellt werden kann, wenn sich die Kurbel vor dem Umkehrpunkt befindet und die Stromversorgung abgeschaltet ist. Dadurch kann die Kupplung stromlos geschlossen gehalten werden. Furthermore, the output element can preferably be movable between two end positions, with a center of the rotation element, a first connection point of the crank with the rotation element and a second connection point of the crank with the output element lying in a common line at at least one end position. That is, the crank is at an end position of the output member in an extended position, which is preferably parallel to the output member and to a direction in which the output member moves. The extended position of the crank or the corresponding end position of the output element is associated with a reversal point at which the crank changes its direction of rotation. If the actuator assembly according to the invention is used to actuate a clutch, resulting from the extended position of the crank has the advantage that a currentless holding this position is possible. Thus, the actuator assembly according to the invention has a blocking function. Through this blocking function, the clutch can be kept open without current. Another advantage of the actuator assembly according to the invention is that the output element can be reset automatically when the crank is in front of the reversal point and the power supply is switched off. As a result, the clutch can be kept de-energized closed.
Für spezielle Ausführungen kann es vorteilhaft sein, wenn die Betätigungsanordnung ferner einen Energiespeicher umfasst, welcher am Abtriebselement derart angeordnet ist, dass das Abtriebselement mit einer Kraft in einer ersten Richtung beaufschlagt ist. Der Energiespeicher ist vorteilhafterweise als ein Federelement ausgebildet. Dadurch kann die Kupplung z.B. stromlos geschlossen gehalten werden. For special embodiments, it may be advantageous if the actuating arrangement further comprises an energy store, which is arranged on the output element such that the output element is acted upon by a force in a first direction. The energy store is advantageously designed as a spring element. Thereby, the coupling can e.g. be kept normally closed.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb, welcher eine erfindungsgemäße Betätigungsanordnung und einen Elektromotor umfasst. Insbesondere kann der Elektromotor unmittelbar am Gehäuse der Betätigungsanordnung angeordnet sein. Somit kann der Antrieb als eine vormontierte Baugruppe dienen, welche z.B. zum Betätigen einer Kupplung für ein Handschaltgetriebe eines Fahrzeugs benutzt werden kann. Dadurch können die Montagezeit und Montagekosten reduziert werden. Another aspect of the present invention relates to an electric drive which comprises an actuating arrangement according to the invention and an electric motor. In particular, the electric motor can be arranged directly on the housing of the actuating arrangement. Thus, the drive may serve as a preassembled assembly, e.g. can be used to actuate a clutch for a manual transmission of a vehicle. As a result, the assembly time and installation costs can be reduced.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Elektromotor, eine Kupplung und eine erfindungsgemäße Betätigungsanordnung zum Betätigen der Kupplung. Damit sind die oben mit Bezug auf die Betätigungsanordnung genannten Vorteile verbunden. Furthermore, the present invention relates to a coupling device comprising an electric motor, a clutch and an actuating arrangement according to the invention for actuating the clutch. Thus, the advantages mentioned above with respect to the actuating arrangement are connected.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Betätigungsanordnung oder eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung umfasst. Somit kann eine schnelle und genaue Funktion der Kupplung sichergestellt werden, wodurch eine Verschleißrate der Kupplung verringert werden kann und ein verbessertes und energieökonomisches Fahrverhalten des Fahrzeugs ermöglicht werden kann Furthermore, the present invention relates to a vehicle which comprises an actuating arrangement according to the invention or a coupling device according to the invention. Thus, a quick and accurate function of the clutch can be ensured, whereby a wear rate of the clutch can be reduced and an improved and energy-economical driving behavior of the vehicle can be made possible
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Preferred embodiment of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
Wie aus der
Ferner umfasst die Getriebeanordnung
Das Rad
Ferner sind die Welle
Insbesondere umfasst in diesem Ausführungsbeispiel das Abtriebselement
Ferner ist das Abtriebselement
An der ersten Endposition E1 des Abtriebselements
Ferner weist die Betätigungsanordnung
Durch die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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R079 | Amendment of ipc main class |
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