-
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für das Ein- und/oder Ausrücken einer Kupplung, etwa einer Reibungskupplung, eines Kraftfahrzeuges, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, (Betätigungsvorrichtung in diesem Zusammenhang auch als Kupplungsaktor bezeichenbar) oder für das Betätigen eines Bremssystems dieses Kraftfahrzeuges (Betätigungsvorrichtung in diesem Zusammenhang auch als Bremsaktor bezeichenbar), mit einem einen Stator und einen relativ zu dem Stator verdrehbaren Rotor aufweisenden Elektromotor, eine mit dem Rotor drehfest verbundenen Gewindespindel/Spindelstange/Schnecke, einem mit einem Außengewindeabschnitt der Gewindespindel kämmenden ersten Zahnrad, einem mit dem ersten Zahnrad drehfest verbundenen zweiten Zahnrad und einer mit dem zweiten Zahnrad kämmenden Zahnstange, wobei eine Drehbewegung des Rotors eine axiale Betätigungsbewegung der Zahnstange zum Ein- oder Auskuppeln der Kupplung oder zum Betätigen der Bremse bewirkt. Auch ist eine Kupplung vorgesehen, die zumindest eine solche Betätigungsvorrichtung (Kupplungsaktor) aufweist. Insbesondere dient die Betätigungsvorrichtung als hydraulischer Kupplungsaktor für Doppelkupplungs- und EKM- bzw. ASG-Systeme bzw. Hybridtrennkupplungen.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Betätigungsvorrichtungen bekannt. So ist bspw. aus der
DE 199 13 492 A1 eine Betätigungsvorrichtung zur automatisierten Betätigung einer Kupplung oder eines Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bekannt. Diese Betätigungsvorrichtung weist ein Antriebselement, das eine Antriebswelle und eine auf dieser Welle drehfest angeordnetes erstes Zahnrad aufweist, sowie ein zweites Zahnrad, das von dem ersten Zahnrad gekämmt wird, auf. Das zweite Zahnrad weist an einem axialen Endbereich ein scheibenförmiges Element auf, das einen Umfangskeil trägt. Weiterhin weist die Vorrichtung eine längsverschiebliche Zahnstange auf, wobei zumindest ein Teilbereich des Umfangskeils in die Verzahnung der Zahnstange eingreift. Die Zahnstange bildet hierbei das Ausgangselement der Vorrichtung.
-
Weiterhin ist aus der
WO 2011/050766 A1 ein Hydrostataktor offenbart, insbesondere ein hydrostatischer Kupplungsaktor mit einem Geberzylinder enthaltend ein Gehäuse und einen mit dem Gehäuse axial verlagerbaren, eine Druckkammer mit druckbeaufschlagenden Kolben, mit einem einen Drehantrieb in eine Axialbewegung wandelnden Getriebe sowie mit einem das Getriebe drehantreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei die Druckkammer bezogen auf eine Drehachse des Elektromotors axial zwischen Kolben und Elektromotor angeordnet ist.
-
Auch aus der
DE 197 00 935 A1 ist eine Vorrichtung zur Betätigung eines Aggregates im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, etwa einer Kupplung offenbart.
-
Auch ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, den zur Kupplungsbetätigung notwendigen Volumenstrom und Druck mittels eines Ringkolbens zu erzeugen, der über ein Planetenwälzgetriebe mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Auch ist es aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, dass der Druck zur Kupplungsbetätigung über einen Schneckenantrieb und ein Pleuelsystem erzeugt werden kann, wobei bei diesem System ein verschleißanfälliger DC-Motor zum Einsatz kommt.
-
Der Stand der Technik hat jedoch den Nachteil, dass zum einen die verwendeten Systeme, insbesondere die Systeme mit Planetenwälzgetriebe, schlupfbehaftet und vergleichsweise teuer sind, wodurch insgesamt die Herstellkosten der gesamten Betätigungsvorrichtung (Kupplungsaktoren) weiter ansteigen. Wegen des Schlupfes ist außerdem ein komplexer und ebenfalls sehr teurer Absolutwegsensor zur Ermittlung des Ausrückweges erforderlich. Das das Pleuelsystem umfassende Kupplungsbetätigungssystem hat zudem den Nachteil, dass durch das Pleuel ein großer Bauraumbedarf besteht, welcher durch das Pleuel selbst sowie die durch das Pleuel verursachte Nichtlinearität sowie den Verschleiß des Schneckenmaterials entsteht.
-
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und einen Kupplungsaktor zur Verfügung zu stellen, welcher einen einfachen Aufbau sowie einen verlust-/schlupffreien Antrieb eines Kupplungsausrücksystems ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das zweite Zahnrad kreisrund ausgestaltet ist und der Elektromotor, zur Bestimmung der Drehstellung des Rotors, einen Rotorlagesensor aufweist. Durch die kreisrunde Ausgestaltung wird ermöglicht, den Absolutwegsensor im Vergleich zum Stand der Technik entfallen zu lassen und den Verschiebeweg der Zahnstange allein über den Rotorlagesensor des EC-Motors zu bestimmen. Somit wird zum einen die Ansteuerbarkeit der Zahnstange verbessert, zum anderen sinken die Herstellkosten der Betätigungsvorrichtung.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
-
Weist die Außenverzahnung des zweiten Zahnrades und/oder des ersten Zahnrades entlang des Umfangs einen Teilkreis, Kopfkreis und/oder Fußkreis konstanten Durchmessers auf, sind diese Zahnräder kostengünstig, mit bewehrten Herstellverfahren herstellbar. Auch die Zahnstange und das Gewinde der Gewindespindel sind dann kostengünstig, mit bewehrten Herstellverfahren herstellbar, wodurch die Herstellung der gesamten Betätigungsvorrichtung noch kostengünstiger möglich wird.
-
Auch ist es von Vorteil, die Zahnstange mit einem Ausrückelement, etwa einem Kolben eines Geberzylinders eines hydraulischen und/oder pneumatischen Übertragungssystems, verbunden ist, wobei vorzugsweise jeder Position der Zahnstange entlang des axialen Verschiebeweges eine bestimmte Drehstellung des Rotors des Elektromotors zugeordnet ist. Vorzugsweise ist der Kolben stoffschlüssig mit der Zahnstange ausgebildet. Beispielsweise kann der Geberzylinder über eine hydraulische oder pneumatische Verbindungsleitung mit einem Nehmerzylinder verbunden sein, der unmittelbar auf das Ausrücklager drückt, so dass dieses die Kupplung, insbesondere die Anpressplatte der Kupplung, in eine ein- oder ausgekuppelte Stellung, verrückt. Dadurch ist eine weitere Übertragung der an der Zahnstange anliegenden Druckkraft auf das Ausrücklager besonders effizient möglich und insbesondere eine als hydraulischer Kupplungsaktor ausgeführte Betätigungsvorrichtung wirtschaftlich herstellbar.
-
Ist die den Elektromotor zum Antrieb des Rotors mit elektrischer Energie versorgende Elektronikeinheit an einer Stirnseite des Elektromotors, etwa an der der Gewindespindel abgewandten Stirnseite des Elektromotors, angeordnet, ist eine besonders platzsparende Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung möglich.
-
Wenn die Zahnstange zudem in axialer Richtung in einem Führungsbereich des Kupplungsaktors geführt ist, ist auch die Zahnstange effizient (möglichst verlustfrei), entlang ihrer Verschieberichtung abgestützt.
-
Zweckmäßig ist es auch, wenn der Führungsbereich ein Teil eines die Zahnstange, die beiden Zahnräder und die Gewindespindel umhüllenden Gehäuses der Betätigungsvorrichtung ist und/oder im Bereich des Führungsbereiches ein Referenzanschlag angeordnet ist, an dem die Zahnstange in axialer Richtung, in einer Endverschiebeposition, anschlägt. Dadurch ist die Betätigungsvorrichtung zum einen als kompakte Baueinheit ausgestaltbar, zum anderen kann der Zahnstange eine definierte Endposition als Nullpunkt zugeordnet werden. Dadurch ist die Erfassung der Zahnstangenposition noch genauer messbar.
-
Ist das Gewinde des Außengewindeabschnittes der Gewindespindel selbsthemmend oder selbstaktivierend ausgeführt, kann die Betätigungsvorrichtung besonders einfach als ein normal-ausgerücktes oder normal-eingerücktes System umgesetzt werden. Bei einem Kupplungsaktor, bspw., kann die Kupplung von selbst geöffnet werden oder erst nach Betätigung des Kupplungsaktors. Dadurch wird die Kupplungsansteuerung weiter erleichtert/optimiert.
-
Sind/ist das erste Zahnrad und/oder das zweite Zahnrad als Sinterteil oder aus einem verstärkten, wie faserverstärkten (vorzugsweise mit Kohle-, Glas- und/oder Aramidfaser verstärkt) Kunststoff hergestellt, oder sind das erste und das zweite Zahnrad stofflich miteinander verbunden, so sind die Herstellkosten des Kupplungsaktors weiter reduzierbar. Insbesondere gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Planetenwälzgetrieben würden die Fertigungskosten der Bauteile deutlich sinken.
-
Weiterhin ist auch eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges vorgesehen, die eine erste Betätigungsvorrichtung aufweist, die gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet ist, wobei die Zahnstange zum Bewegen eines Ausrücklagers der Kupplung mit dem Ausrücklager bewegungsgekoppelt ist. Dadurch kann auch prinzipiell jede Kupplung mit der vorteilhaften Ausgestaltung des Kupplungsaktors verbessert werden.
-
Weist die Kupplung zudem neben der ersten Betätigungsvorrichtung eine zweite Betätigungsvorrichtung, die wie die Betätigungsvorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet ist, wobei die erste und die zweite Betätigungsvorrichtung so zueinander angeordnet sind, dass die Elektromotoren der Betätigungsvorrichtungen gegenüberstehend oder nebeneinander angeordnet sind, kann insbesondere eine Doppelkupplung besonders Platz sparend ausgestaltet werden.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wird ein Kupplungsaktor zur Verfügung gestellt, bei dem runde Zahnräder in Kombination mit einem Rotorlagesensor des Elektromotors eingesetzt sind. Gegebenenfalls kann die Elektronik (die Elektronikeinheit) bauraumsparend am Motorende/einem Ende des Elektromotors bereitgestellt werden. Dadurch kann eine besonders schlupffreie Drehmomentübertragung von dem Elektromotor auf die Zahnstange erfolgen. Jedoch kann zudem auch eine freie Positionierung des Elektromotors möglich sein. Zur Positionsbestimmung kann dann außerdem noch ein Referenzanschlag im Bereich der Zahnstangenführung (dem Führungsbereich der Zahnstange) vorgesehen sein, um einen Nullpunkt festzulegen. Weiterhin ist auch der Aufbau der Aktoren (mittels zweier Betätigungsvorrichtungen) für eine Doppelkupplung möglich. So können sich die Elektromotoren gegenüber stehen, so dass ein geringerer Bauraumbedarf vorhanden ist oder sie können nebeneinander angeordnet sein, was Vorteile für die Elektronikanordnung hat. Je nach Steilheit der Schnecke (Gewinde der Gewindespindel) kann eine Selbstöffnung der Kupplung oder eine Selbsthemmung realisiert werden.
-
Zudem ist auch ein Bremssystem mit einer solchen Betätigungsvorrichtung betätigbar, etwa ein elektrohydraulisches Bremssystem, wobei die Zahnstange einen Hydraulikdruck aufbringt, um bspw. einen Bremsbacken gegen eine Bremsscheibe zu drücken.
-
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei insbesondere die Anordnung zwischen Elektromotor, Gewindespindel, ersten Zahnrad, zweiten Zahnrad und der Zahnstange veranschaulicht ist, und diese Darstellung in einer Ebene ausgeführt ist, zu der die Mittelebenen der beiden Zahnräder parallel verlaufen,
-
2 eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, wobei die Betätigungsvorrichtung gegenüber der 1 relativ zu einer gedachten Achse, die senkrecht zur Längsachse der Gewindespindel verläuft, um 180° verdreht ist,
-
3 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtungssystems, wobei hierin zwei Betätigungsvorrichtungen nach 2 enthalten sind, und die Betätigungsvorrichtungen so nebeneinander angeordnet sind, dass die Elektromotoren nebeneinander positioniert sind und die Zahnstangen parallel nebeneinander angeordnet sind, und
-
4 eine isometrische, schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtungssystems, wobei das Betätigungsvorrichtungssystem wiederum zwei der Betätigungsvorrichtungen umfasst, die so zueinander angeordnet sind. dass deren Motoren entgegengesetzt zueinander, gegenüberstehend/ gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In der 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 dargestellt. Die Betätigungsvorrichtung 1 kann bspw. als Kupplungsaktor ausgestaltet sein, für das Ein- und/oder Ausrücken einer Kupplung, wie eine Reibungskupplung, eines Kraftfahrzeuges, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, oder als Bremsbetätigungsvorrichtung für das Betätigen eines Bremssystems ausgelegt sein.
-
Die Betätigungsvorrichtung 1 weist einen Elektromotor 2 auf, der einen Stator und einen durch den Stator antreibbaren Rotor aufweist. Der Aufbau des Elektromotors 2 ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt. Der Rotor des Elektromotors 2 ist drehfest mit einer Gewindespindel 3 (auch als Spindelstange oder Schnecke bezeichenbar) verbunden. Mit einem Außengewindeabschnitt 16 der Gewindespindel 3 kämmt ein erstes Zahnrad 4, das einen ersten Durchmesser/einen ersten Teilkreisdurchmesser aufweist, der entlang des Umfangs im Wesentlichen gleich bleibend ist. Das erste Zahnrad 4 ist daher kreisrund ausgestaltet. Koaxial zu dem ersten Zahnrad 4 ist ein zweites Zahnrad 5 angeordnet und drehfest mit dem ersten Zahnrad 4 verbunden. Das erste Zahnrad 4 und das zweite Zahnrad 5 sind vorzugsweise stofflich miteinander verbunden/integral miteinander ausgestaltet. Entweder eines der beiden Zahnräder oder beide Zahnräder 4 und 5 sind entweder als Sinterteil ausgeführt oder aus einem verstärkten, wie faserverstärkten, Kunststoff hergestellt. Diese materielle Ausgestaltung hängt von der gewünschten Reibpaarung ab.
-
Mit dem zweiten Zahnrad 5, dessen Durchmesser (zweiter Durchmesser)/zweiter Teilkreisdurchmesser wesentlich kleiner als der erste Durchmesser des ersten Zahnrades 4 ausgestaltet ist, kämmt wiederum mit einer Zahnstange 6. Auch der zweite Teilkreisdurchmesser ist entlang des Umfangs im Wesentlichen gleich bleibend ausgestaltet. Das zweite Zahnrad 5 ist daher auch kreisrund ausgestaltet. Neben dem Durchmesser des Teilkreises, ist auch der Durchmesser des Kopfkreises und des Fußkreises des ersten Zahnrades 4 und/oder des zweiten Zahnrades 5 entlang des Umfangs gleich bleibend ausgestaltet. Die Zahnstange 6 ist in ihrer axialen Richtung (d.h. entlang ihrer Längsachse) verschieblich gelagert. Eine Drehbewegung des Rotors des Elektromotors 2 führt durch diese Anordnung zu einer Verdrehung der Gewindespindel 3 und schließlich zu einer axialen Bewegung/Betätigungsbewegung der Zahnstange 6. Gewindespindel 3, erstes Zahnrad 4, zweites Zahnrad 5 und Zahnstange 6 sind schräg verzahnt.
-
Die Gewindespindel 3 ist mit ihrer Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des ersten Zahnrades 4 angeordnet, das erste Zahnrad 4 aufgrund der koaxialen Anordnung zum zweiten Zahnrad 5 mit seiner Mittelebene parallel zur Mittelebene des zweiten Zahnrads 5 angeordnet und die Zahnstange 6 ist mit ihrer Längsachse wiederum senkrecht zu der Längsachse des ersten und des zweiten Zahnrades 4, 5 ausgerichtet.
-
Zur Bestimmung der Drehlage/der Drehstellung des Rotors und somit der Gewindespindel 3 umfasst der Elektromotor 2 einen nicht hier näher dargestellten Rotorlagesensor, der etwa koaxial zum Rotor angeordnet ist.
-
Wie weiterhin in 2 zu erkennen ist, weist die Betätigungsvorrichtung 1 auch ein Gehäuse 7 auf. Dieses Gehäuse 7 nimmt zum einen den Elektromotor auf/hält diesen fest und dient zur Lagerung/Führung der weiteren Verzahnungselemente, nämlich der Gewindespindel 3, des ersten und des zweiten Zahnrades 4, 5 und der Zahnstange.
-
Wie weiterhin zu erkennen ist, weist der Elektromotor 2 an sich ebenfalls ein Gehäuse, nachfolgend als Motorgehäuse 8 bezeichnet, auf. Dieses Motorgehäuse 8 ist im Wesentlichen, wie auch aus den 3 und 4 gut zu erkennen ist, zylinderförmig ausgestaltet. An den beiden Bodenbereichen des Zylinders, die nachfolgend als erste und zweite Stirnfläche 9, 14 bezeichnet sind weitere Bauteile anschließend angeordnet. An der ersten Stirnfläche 9 des Elektromotors 8, die der Gewindespindel 3 im Betriebszustand zugewandt ist, ist ein Loch in Form einer Bohrung eingebracht. Durch dieses Loch ragt die Gewindespindel 3 in das Innere des Motorgehäuses 8 hinein und ist im Inneren mit dem Rotor drehfest (stoffschlüssig, kraftoder formschlüssig) verbunden. Benachbart zu der, der ersten Stirnfläche 9 gegenüberliegend angeordneten, zweiten Stirnfläche 14 des Motorgehäuses 8 ist eine Elektronikeinheit 10 außerhalb des Motorgehäuses 8 angeordnet. Die Elektronikeinheit 10 steuert den Elektromotor 2 an und versorgt ihn zum Antreiben mit elektrischer Energie. Auch weist die Elektronikeinheit 10 eine Steckeraufnahme 15 auf, die parallel zur Längsachse der Gewindespindel 3 ausgerichtet ist.
-
Die Gewindespindel 3 ist an zwei Bereichen in radialer Richtung gelagert. Diese radiale Lagerung findet relativ zum Gehäuse 7 statt. An einem dem Elektromotor 2 zugewandten Endbereich, der kreisrund (unverzahnt) ausgestaltet ist, ist die Gewindespindel in dem Loch der ersten Stirnfläche 9 in radialer Richtung gelagert, wobei das Motorgehäuse 8 wiederum im Gehäuse 7 der Betätigungsvorrichtung 1 fixiert (etwa eingepresst) ist. An einem dem Elektromotor 2 abgewandten Endbereich, der ebenfalls kreisrund (unverzahnt) ausgestaltet ist, ist die Gewindespindel 3 in einer Aufnahmebohrung verdrehbar im Gehäuse 7 der Betätigungsvorrichtung 1 gelagert. Zwischen diesen beiden Endbereichen erstreckt sich der Außengewindeabschnitt 16 der Gewindespindel 3, der in dieser Ausführung selbsthemmend ausgeführt ist. Alternativ dazu kann die Gewindesteigung des Außengewindeabschnittes 16 der Gewindespindel 3 jedoch auch selbstaktivierend sein.
-
Die Gewindespindel 3 greift mit ihrem Außengewinde in das Außengewinde des ersten Zahnrades 4 ein/kämmt sozusagen mit diesem. Eine Verdrehung der Gewindespindel 3 resultiert somit in einer Verdrehung des ersten Zahnrades 4. Da dass zweite Zahnrad 5 koaxial sowie drehfest mit dem ersten Zahnrad 4 verbunden ist, bewegt es sich bei Verdrehung des ersten Zahnrades 4 in derselben Drehrichtung mit dem ersten Zahnrad 4 mit. Um den Bauraum klein zu halten, ist eine hohe Übersetzung dieser beiden Zahnräder 4, 5 gewählt. Das Außengewinde des zweiten Zahnrades 5 kämmt wiederum mit der Verzahnung an der Zahnstange 6. An den jeweils voneinander abgewandten Seiten des ersten Zahnrades 4 sowie des zweiten Zahnrades 5 springen Zapfen 17 vor, die wiederum in Aufnahmen des Gehäuses 7 radial gelagert sind.
-
Die Zahnstange 6 ist, wie bereits angedeutet, in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Zur Führung der Zahnstange 6 bei einer Verschiebebetätigung ist ein Führungsbereich 11 im Gehäuse 7 vorgesehen, der zwar eine axiale Bewegung der Zahnstange 6 zulässt, jedoch eine Relativbewegung quer zu dieser axialen Richtung verhindert. An eine in Betätigungsrichtung weisende Stirnfläche der Zahnstange 6 grenzt ein hydraulischer Druckraum 12 an, welcher Druckraum 12 je nach Stellung der Zahnstange 6 mit Druck beaufschlagt wird. In diesem Bereich der Stirnfläche ist die Zahnstange 6 als Kolben ausgeführt und bildet somit einen Kolben eines Gebezylinders. Axial zu diesem Kolbenbereich benachbart, an einer dem Druckraum 12 abgewandten Seite, ist dann die Verzahnung der Zahnstange 6 angeordnet. Der Druckraum 12 ist weiter über eine Verbindungsleitung 13 mit einer hier nicht weiter dargestellten kupplungsseitigen, hydraulischen Aufnahme, etwa einem Nehmerzylinder verbunden. Der Nehmerzylinder an sich ist dann, im Falle eines Kupplungsaktors, wiederum mit einem Ausrücklager einer Kupplung verbunden, der verschiebend auf eine Anpressplatte der Kupplung einwirkt. Die Betätigungsvorrichtung 1 ist als Kupplungsaktor vorzugsweise als Hydraulic Clutch Actuator (HCA) ausgeführt. Bei einer Ausgestaltung als Bremssystem, ist die Verbindungsleitung 13 wiederum unmittelbar mit einem Bremsnehmerzylinder verbunden, um einen Bremsbacken zu bewegen. Alternativ zu dem hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem, kann die Kupplungsbetätigung auch pneumatisch, etwa mittels Luft, erfolgen.
-
Weiterhin weist das Gehäuse 7, vorzugsweise im Bereich des Führungsbereiches 11 einen Referenzanschlag auf, der hier nicht weiter dargestellt ist. Der Referenzanschlag ist derart angeordnet, dass die Zahnstange 6 mit einem Anschlagsbereich, etwa einem Absatz am Umfang, in axialer Richtung in einer Verschiebeendposition anschlägt. Diese Verschiebeendposition kann bei einer vollständig ausgefahrenen oder in einer vollständig eingefahrenen Stellung der Zahnstange 6 erfolgen. Die vollständig ausgefahrene Stellung (erste Endverschiebeposition) ist dann erreicht, wenn die Zahnstange 6, in der 2 betrachtet, weitest möglichst nach links, in den Druckraum 12 hineingefahren ist und daher den Druckraum 12 mit einem größtmöglichen Druck beaufschlagt. Dabei schlägt die Zahnstange 6 an dem Referenzanschlag an. Die vollständig ausgefahrene Stellung (zweite Endverschiebeposition) ist dann erreicht, wenn die Zahnstange 6, in der 2 betrachtet, weitest möglichst nach rechts, aus dem Druckraum 12 hinausgefahren ist und daher den Druckraum 12 mit einem kleinstmöglichen Druck beaufschlagt. Jeder Position der Zahnstange 6 und somit des Kolbens entlang ihres axialen Verschiebeweges zwischen den Endverschiebepositionen ist eine bestimmte verdrehwinkelabhängige Drehstellung des Rotors des Elektromotors 2 zugeordnet. Die Zahnstange bildet somit einen Teil eines Geberzylinders der Betätigungsvorrichtung 1 aus.
-
In 3 sind weiterhin zwei Betätigungsvorrichtungen 1 dargestellt, die in einer Baueinheit kombiniert sind. Die Betätigungsvorrichtungen 1 des so erreichten Betätigungsvorrichtungssystems sind derart nebeneinander angeordnet, dass deren Elektromotoren 2 im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind, wobei deren erste Stirnflächen 9 in die gleiche Richtung zeigen. Auch die Gewindespindeln 3, die mit den Rotoren der Elektromotoren 2 verbunden sind, sind im Wesentlichen parallel verlaufend angeordnet sind. Auch die beiden Zahnstangen 6 der Betätigungsvorrichtungen 1 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Ein solches Betätigungsvorrichtungssystem kann bspw. für die Betätigung einer Doppelkupplung verwendet sein, wobei je eine Betätigungsvorrichtung 1 verstellend auf ein Ausrücklager einer Teilkupplung der Doppelkupplung einwirkt.
-
Alternativ zu der Positionierung der Betätigungsvorrichtungen 1, können die Betätigungsvorrichtungen 1 des Betätigungsvorrichtungssystems, wie in 4 dargestellt, auch derart ausgerichtet sein, dass die Elektromotoren 2 der Betätigungsvorrichtungen 1 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die Betätigungsvorrichtungen 1 sind in diesem Fall so angeordnet, dass die Gewindespindeln 3, die mit dem Elektromotor 2 verbunden sind, entgegengesetzt, jedoch immer noch parallel zueinander verlaufend sind. Die ersten Stirnflächen 9 der Gewindespindeln 3 sind daher einander zugewandt und zeigen jeweils in eine entgegengesetzte Richtung. Die Zahnstangen 6 der beiden Betätigungsvorrichtungen 1 sind dann ebenfalls nebeneinander parallel verlaufend.
-
Im Weiteren ist es auch möglich eines der beiden (erste und zweite) Zahnräder 4, 5 oder beide Zahnräder 4, 5 anstatt als Vollrad auch als Teilrad auszugestalten, dessen Verzahnung nicht vollständig um den gesamten Umfang herum ausgestaltet ist, sondern nur um einen Abschnitt des Umfangs. Bspw. könnte sich die Verzahnung der Zahnräder 4, 5 um einen Winkel von 90° bis 270° entlang des Umfangs herum erstrecken. Dadurch sind die Zahnräder 4, 5 jeweils als Teilscheibe (etwa Halbscheibe) ausgestaltbar. Die Verzahnungsabschnitte wären dann mit ihrem Drehpunkt wiederum konzentrisch angeordnet, jedoch zueinander etwa um 180° verdreht angeordnet, damit diese mit der jeweiligen Verzahnung der Gewindespindel 3 oder der Zahnstange 6 kämmen.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wird somit eine Betätigungsvorrichtung 1 ausgeführt, wobei die Motorkraft auf einen Schneckentrieb (Spindeltrieb/ Gewindespindeltrieb) übertragen wird. Auf dem Schneckenrad (erstes Zahnrad 4) mit großem Durchmesser ist ein deutlich kleineres Zahnrad (zweites Zahnrad 5) angebracht, welches eine Zahnstange 6 antreibt, über welche ein Kolben (bspw. Geberzylinderkolben) zur Druckerzeugung linear verschoben wird. Somit sind mehrere Antriebsarten in einem System geschachtelt. Zunächst wird das Moment schlupffrei auf das Schneckenrad (erstes Zahnrad 4), anschließend immer noch schlupffrei auf das zweite Zahnrad 5 und schlussendlich schlupffrei auf die Zahnstange 6 übertragen. Man macht sich dabei vor allem die Charakteristik der Antriebselemente zu Nutze, so dass die Bewegung in einem klar definierten, schlupffreien und linearen Zusammenhang erfolgt, der eine Regelung ohne direkte Wegbestimmung des Kolbens zulässt, da diese indirekt über den Elektromotor 2 erfolgen kann. Es ist lediglich ein Referenzanschlag im Bereich der Zahnstangenführung (des Führungsbereichs 11) erforderlich. Die Schachtelung der mehrstufigen, hohen Übersetzung ermöglicht es, die Betätigungsvorrichtung 1 auf einen möglichst kleinen Bauraum zu realisieren.
-
Durch den Schneckentrieb sowie die Zahnrad/Zahnstangenverbindung ist ein linearer, schlupffreier Zusammenhang zwischen dem Weg des Elektromotors 2/des Rotors des Elektromotors 2 sowie dem Kolbenweg/Verschiebeweg der Zahnstange 6 und damit dem Volumenstrom des hydraulischen Betätigungssystems gegeben. Ein Absolutwegsensor für die Kolbenposition ist nicht mehr notwendig. Das Schneckenrad (erstes Zahnrad 4) zusammen mit dem verbundenen zweiten Zahnrad 5 ist fertigungstechnisch als Sinterteil oder ggf. sogar aus verstärkten, etwa faserverstärkten (vorzugsweise kohlefaser-, aramid- oder glasfaserverstärktem) Kunststoff denkbar, abhängig von den Reibpaarungen. Damit würden die Fertigungskosten der Bauteile verglichen mit den bisherigen Planetenwälzgetrieben deutlich gesenkt werden. Die Ausführung mit einem komplett runden/kreisrunden zweiten Zahnrad 5 und/oder ersten Zahnrad 4 erlaubt eine freie Positionierung des Elektromotors 2 und des Kolbens mit einem Zahnstangenabtrieb um die Achse des Schnecken- und Zahnrads (4, 5). Dadurch kann der Bauraum sehr frei ausgenutzt werden und es können durch verschiedene Gehäusevarianten viele verschiedene Bauräume bedient werden. Um die Kraft am Schneckenrad 4 und Zahnrad 5 zu beeinflussen, können die Durchmesser des Schneckenrads 4 und des Zahnrads 5 sowie die Kolbenfläche und der Kolbenweg verändert werden.
-
Die Charakteristik des Aktors/der Betätigungsvorrichtung 1 bzgl. Selbsthemmung oder der Fähigkeit zur Selbstöffnung kann durch die Spindelsteigung beeinflusst werden. Hier ist jedenfalls auch die Kraftübersetzung zum Zahnrad 4 zu verändern, um ein gutes Verhältnis von Motorumdrehung und Volumenstrom zu erhalten
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Elektromotor
- 3
- Gewindespindel
- 4
- erstes Zahnrad
- 5
- zweites Zahnrad
- 6
- Zahnstange
- 7
- Gehäuse
- 8
- Motorgehäuse
- 9
- erste Stirnfläche
- 10
- Elektronikeinheit
- 11
- Führungsbereich
- 12
- Druckraum
- 13
- Verbindungsleitung
- 14
- zweite Stirnfläche
- 15
- Steckeraufnahme
- 16
- Außengewindeabschnitt
- 17
- Zapfen
-
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
-
- DE 19913492 A1 [0002]
- WO 2011050766 A1 [0003]
- DE 19700935 A1 [0004]
