DE102014221543A1

DE102014221543A1 - Elektromotorischer Aktor zum Betätigen einer Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung und Verwendung eines entsprechenden Aktors zum Betätigen einer Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102014221543A1
Application number: DE201410221543
Authority: DE
Inventors: Johannes Lamers; Markus Jost
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2015-05-13
Also published as: CN104632927A; CN104632927B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktor zum Betätigen einer in ihrem unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung und/oder Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, mit einem Betätigungselement, einer elektromotorischen Antriebsmaschine und einer von der Antriebsmaschine angetriebene Einrichtung zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebsmaschine in eine translatorische Bewegung des Betätigungselements. Es ist vorgesehen, dass die Einrichtung als ein Fliehkraftsteller ausgebildet ist, der radial verlagerbare Fliehgewichtskörper und eine Vorrichtung zur Erzeugung der translatorische Bewegung des Betätigungselements aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines solchen Aktors zum Betätigen einer Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktor zum Betätigen einer in ihrem unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung und/oder Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, mit einem Betätigungselement, einer elektromotorischen Antriebsmaschine und einer von der Antriebsmaschine angetriebenen Einrichtung zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebsmaschine in eine translatorische Bewegung des Betätigungselements.
An elektromotorischen Aktoren für Reibungskupplungen von Kraftfahrzeugen sind im Wesentlichen bekannt:

(i) Weggesteuerte Aktoren, bei denen die Rotation der elektromotorischen Antriebseinrichtung ein Verfahren des Betätigungselements entlang eines Einrückwegs an der Kupplung unmittelbar erzeugt.
(ii) Weg/Kraftgesteuerte Aktoren, bei denen die Rotation der elektromotorischen Antriebseinrichtung direkt einen Weg an einem Schlitten erzeugt, der das Hebelverhältnis zwischen einer Feder und der Kupplung ändert.
(iii) Pumpenaktoren, bei denen die Rotation der elektromotorischen Antriebseinrichtung eine Pumpe antreibt, deren Druck mittels des Betätigungselements auf die Kupplung übertragen wird. Die elektromotorische Antriebseinrichtung dieser Aktoren sind im allgemeinen Elektromotoren.

Weg- und Weg/Kraftgesteuerte Aktoren müssen bei Maximalmoment der Kupplung ein Maximalmoment der elektromotorischen Antriebsmaschine bei deren Stillstand erzeugen (sogenannter Stallbetrieb). Dieser Betriebspunkt ist für elektromotorische Antriebsmaschinen thermisch kritisch. Bei im unbetätigten Zustand offenen Kupplungen ist das übertragbare Moment ungefähr proportional der Einrückkraft. Die Einrückkraft stellt somit ein direkteres Steuersignal dar als der Einrückweg. Pumpenaktoren brauchen in der Regel parallel zur Kupplung eine Blende, was zum Auftreten von unerwünschter Verlustleistung führt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung einen elektromotorischen Aktor und die Verwendung eines solchen Aktors anzugeben, bei denen das Betätigungselement eine Betätigungskraft ausübt, die gut regelbar ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei dem erfindungsgemäßen elektromotorischen Aktor zum Betätigen einer im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebsmaschine in eine translatorische Bewegung des Betätigungselements als Fliehkraftsteller ausgebildet ist, der radial verlagerbare Fliehgewichtskörper und eine Vorrichtung zur Erzeugung der translatorischen Bewegung aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper aufweist.
Ein derartiger Fliehkraftsteller ist prinzipiell aus einem Fliehkraftregler für Dampfmaschinen bekannt. Die elektromotorische Antriebsmaschine treibt dabei den Fliehkraftsteller an. Die Gewichte werden durch die auftretende Fliehkraft radial nach außen gezogen. Diese Bewegung wird durch die Vorrichtung in eine translatorische Bewegung und eine entsprechend wirkende Kraft umgewandelt. Der Aktor mit Fliehkraftsteller kann daher auch als Fliehkraftaktor bezeichnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Erzeugung der translatorischen Bewegung aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper dazu eine Hebelanordnung auf. Diese Hebelanordnung weist ihrerseits bevorzugt Kniehebel auf. Genau diese Hebelanordnung mit Kniehebeln bewirken, dass das Betätigungselement aufgrund der radialen Bewegung der Fliehgewichtskörper eine Betätigungskraft ausübt, die gut regelbar ist. Ein derartiger Fliehkraftsteller mit einer Hebelanordnung, die Kniehebel aufweist ist aus einem Fliehkraftregler für Dampfmaschinen bekannt, wie ihn schon James Watt eingesetzt hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die translatorische Bewegung eine axiale Bewegung entlang der Rotationsachse der von der elektromotorischen Antriebsmaschine generierten rotatorischen Bewegung ist.
Mit Vorteil ist das Betätigungselement kolbenartig, also in Form eines Kolbens, ausgebildet. Dieser Kolben übt die Aktorkraft aus.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Fliehgewichtskörper zumindest ein Paar einander bezüglich einer Mittelebene gegenüberliegend angeordnete Fliehgewichtskörper. Im einfachsten Fall sind also zwei bezüglich der Mittelebene gegenüberliegend angeordnete Fliehgewichtskörper vorgesehen, die ein Paar bilden. Die Mittelebene ist eine Ebene, in der die Rotationsachse liegt und die senkrecht zu einer Ebene liegt, die von der Rotationsachse und den beiden Fliehgewichtskörpern aufgespannt wird.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass jeder Fliehgewichtskörper des Paares in zumindest einem Zustand des Aktors die Mittelebene schneidet. Dieser Zustand ist insbesondere der nicht-betätigende Zustand des Aktors. Bei diesem Zustand ergibt sich ein geringes Massenträgheitsmoment des Fliehkraftstellers.
Schließlich weist der Aktor mit Vorteil eine Rückstelleinrichtung zum Rückstellen des Betätigungselements entgegen der Wirkung des von der Antriebsmaschine angetriebenen Fliehkraftstellers auf.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des vorstehend genannten Aktors wird dieser zum Betätigen einer Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs genutzt. Die Verwendung betrifft also Kupplungs- und Bremsbetätigungen, wobei die Betätigung von Kupplungen auch eine Betätigung von Doppelkupplungen, Hybridkupplungen und/oder Impulskupplungen einschließt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer in ihrem unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung für einen Antriebsstrang des Fahrzeuges und einem elektromotorischen Aktor zum Betätigen der Reibungskupplung. Es ist vorgesehen, dass der Aktor als vorstehend genannter Aktor mit Fliehkraftsteller, also als Fliehkraftaktor, ausgebildet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: zwei Darstellungen eines elektromotorischen Aktors zum Betätigen einer Reibungskupplung, wobei der Aktor in der oberen Darstellung in einem nicht-betätigenden Zustand und in der unteren Darstellung in einem betätigenden Zustand gezeigt ist und
2: einen dem Aktor nachgeschalteten Hydraulikzylinder für eine zwischen Aktor und Reibungskupplung zwischengeschaltete Hydraulikeinrichtung.
Die 1 zeigt in zwei Darstellungen einen elektromotorischen Aktor 10 zum Betätigen einer (nicht gezeigten) im unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung In der oberen Darstellung der 1. ist der Aktor 10 in einem nicht-betätigenden Zustand, also bei offener Reibungskupplung, und in der unteren Darstellung der 1 in einem betätigenden Zustand, also bei geschlossener Reibungskupplung, gezeigt. Der gezeigte elektromotorischen Aktor 10 ist dabei ebenso zum Betätigen einer (ebenfalls nicht gezeigten) Bremseinrichtung eines Fahrzeugs geeignet.
Der Aktor 10 umfasst die folgenden Komponenten: eine elektromotorische Antriebsmaschine 12, ein Betätigungselement 14 zum Einwirken auf die Reibungskupplung beziehungsweise die Bremseinrichtung und eine von der Antriebsmaschine 12 angetriebene Einrichtung zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebsmaschine 12 in eine translatorische Bewegung des Betätigungselements 14, die als Fliehkraftsteller 16 ausgebildet ist. Dieser Fliehkraftsteller 16 weist zwei radial verlagerbare Fliehgewichtskörper 18, 20 und eine Vorrichtung 22 zur Erzeugung der translatorischen Bewegung aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper 18, 20 auf. Die Vorrichtung 22 setzt die rotatorische Bewegung der Antriebsmaschine 12 um eine Rotationsachse 24 in die translatorische Bewegung entlang der Rotationsachse 24 um. Die translatorische Bewegung des Betätigungselements 14 ist daher eine axiale Bewegung entlang der Rotationsachse 24. Das Betätigungselement 14 ist dabei als kolbenförmig ausgebildet, ist also ein Betätigungskolben.
Der Aktor 10 mit einem solchen Fliehkraftsteller 16 wird im Weiteren auch als Fliehkraftaktor bezeichnet.
Die Vorrichtung 22 des Fliehkraftstellers 16 weist zur Erzeugung der translatorischen Bewegung aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper 18, 20 eine um die Rotationsachse 24 drehbar gelagerte Hebelanordnung 26 mit zwei Kniehebeln 28, 30 auf. Jeder dieser Kniehebel 28, 30 weist zwei Schenkel 32, 34 auf, die über ein jeweiliges Gelenk 36 miteinander verbunden sind. Der eine der Schenkel 32 jedes der Kniehebel 28, 30 ist mit einer Abtriebseinrichtung 38 der Antriebsmaschine 12 verschwenkbar verbunden. Der andere der Schenkel 34 jedes der Kniehebel 28, 30 ist mit dem an einem Führungselement 40 entlang der Rotationsachse 24 verschieblich gelagerten Betätigungselement 14 verschwenkbar verbunden. Jeder der Fliehgewichtskörper 18, 20 ist im Bereich des Gelenks 36 mit dem jeweils einen Schenkel 32 des jeweiligen Kniehebels 28, 30 verbunden. Im gezeigten Beispiel ist dies eine einstückige Verbindung, sodass die Fliehgewichtskörper 18, 20 also Teil der Hebelanordnung 26 mit den beiden Kniehebeln 28, 30 sind.
Es ergibt sich folgende Funktion:
Die als Elektromotor ausgebildete Antriebsmaschine 12 treibt den Fliehkraftsteller 16 an. Die Fliehgwichtskörper 18, 20 werden durch die Fliehkraft radial nach außen gezogen. Diese Bewegung wird im gezeigten Beispiel durch eine Hebelanordnung 26 mit Kniehebeln 28, 30 in eine Axialbewegung- und Kraft umgewandelt. Für eine gute Dynamik kreuzen die Fliehgwichtskörper 18, 20 im Zustand „Kupplung offen“ eine Ebene (Mittelebene), in der die Rotationsachse 24 liegt und die senkrecht zu einer Ebene liegt, die von der Rotationsachse 24 und den beiden Fliehgewichtskörpern 18, 20 aufgespannt wird. Zum Steuern der Aktorkraft wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 12 variiert.
Mittels des Fliehkraftaktors 10 wird also, ähnlich einem Fliehkraftregler einer Dampfmaschine, das als Kolben ausgebildete Betätigungselement 14 über Kniehebel 28, 30 mit der Antriebsmaschine 12 translatorisch gekoppelt aber rotatorisch entkoppelt ist. Im Bereich der Kniehebel 28, 30 sind die Fliehgwichtskörper 18, 20 bereitgestellt, die auf Grund der Fliehkräfte hervorgerufen durch die Rotation der Hebelanordnung 26 und von diesen Abhängig radial verlagert werden. In Abhängigkeit dieser Verlagerung wird dann eine translatorische Verlagerung des Betätigungselements 14 erreicht. Über die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsmaschine 12 können dann die Aktorkräfte 10 eingestellt werden.
Vorteilhafterweise kann der Aktor 10 zur Betätigung einer im Antriebsstrang eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, verbauten Reibungskupplung eingesetzt werden.
Alternativ zur Ausgestaltung der Vorrichtung 22 zur Erzeugung der rein translatorischen Bewegung des Betätigungselements 14 aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper 18, 20 als Hebelanordnung 26 mit Kniehebeln 28, 30 sind selbstverständlich auch andere Kinematiken denkbar.
Mit dem Fliehkraftaktor 10 ist eine einfache Mechanik gefunden, die aus der Drehzahl der als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmaschine 12 eine gut einstellbare Aktorkraft beziehungsweise eine daraus resultierende gut einstellbare Betätigungskraft zum Betätigen der Reibungskupplung erzeugt.
Die 2 zeigt einen dem Aktor 10 nachgeschalteten Hydraulikzylinder 42 für eine zwischen Aktor 10 und Reibungskupplung zwischengeschaltete (nicht dargestellte) Hydraulikeinrichtung, die die Aktorkraft in die Betätigungskraft zum Betätigen der Reibungskupplung wandelt. Das Betätigungselement 14 des Aktors 10 bildet den im Zylinder 42 wirkenden Kolben. Der Hydraulikzylinder 42 ist dabei im gezeigten Beispiel als doppelwirkender Zylinder ausgebildet. Bei doppeltwirkenden Zylindern gibt es zwei gegenüberliegende Kolbenflächen 44, 46, die mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt werden. Der doppelwirkende Zylinder hat dadurch zwei aktive Bewegungsrichtungen und kann über zwei Anschlüsse 48, 50 in der Hydraulikeinrichtung verschaltet werden.
In dem gezeigten Beispiel wird die Zugkraft des Aktors 10 bei Verkürzung der in 1 gezeigten Wegstrecke um Δs durch eine entsprechende Verschaltung des Hydraulikzylinders 42 über den Anschluss 48 in eine Druckkraft der Hydraulikeinrichtung gewandelt, mittels der die Hydraulikeinrichtung auf die Reibungskupplung zu deren Betätigung wirkt.
Bezugszeichenliste

10: Aktor
12: Antriebsmaschine, elektromotorisch
14: Betätigungselement
16: Fliehkraftsteller
18: Fliehgewichtskörper
20: Fliehgewichtskörper
22: Vorrichtung
24: Rotationsachse
26: Hebelanordnung
28: Kniehebel
30: Kniehebel
32: Schenkel
34: Schenkel
36: Gelenk
38: Abtriebseinrichtung
40: Führungselement
42: Zylinder
44: Kolbenfläche
46: Kolbenfläche
48: Anschluss
50: Anschluss

Claims

Elektromotorischer Aktor (10) zum Betätigen einer in ihrem unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung und/oder Bremseinrichtung eines Fahrzeugs, mit einem Betätigungselement (14), einer elektromotorischen Antriebsmaschine (12) und einer von der Antriebsmaschine (12) angetriebene Einrichtung zur Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Antriebsmaschine in eine translatorische Bewegung des Betätigungselements (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ein Fliehkraftsteller (16) ausgebildet ist, der radial verlagerbare Fliehgewichtskörper (18, 20) und eine Vorrichtung (22) zur Erzeugung der translatorische Bewegung des Betätigungselements (14) aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper (18, 20) aufweist.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (22) zur Erzeugung der translatorischen Bewegung aus der Verlagerung der Fliehgewichtskörper (18, 20) als Hebelanordnung (26) ausgebildet ist oder eine Hebelanordnung (26) aufweist.
Aktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelanordnung (26) Kniehebel (28, 30) aufweist.
Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Bewegung eine axiale Bewegung entlang der Rotationsachse (24) der rotatorischen Bewegung ist.
Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (14) als ein Kolben ausgebildet ist.
Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehgewichtskörper (18, 20) zumindest ein Paar einander bezüglich einer Mittelebene gegenüberliegend angeordnete Fliehgewichtskörper (18, 20) bilden.
Aktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fliehgewichtskörper (18, 20) des Paares in zumindest einem Zustand des Aktors (10) die Mittelebene schneidet.
Aktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Rückstelleinrichtung zum Rückstellen des Betätigungselements (14) entgegen der Wirkung des von der Antriebsmaschine (12) angetriebenen Fliehkraftstellers (16).
Verwendung eines Aktors (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Betätigen einer Reibungskupplung und/oder einer Bremseinrichtung eines Fahrzeugs.
Kupplungseinrichtung für ein Fahrzeug mit einer in ihrem unbetätigten Zustand offenen Reibungskupplung für einen Antriebsstrang des Fahrzeuges und einem elektromotorischen Aktor (10) zum Betätigen dieser Reibungskupplung, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.