DE102015209611A1

DE102015209611A1 - Kennungswandler mit Kurvenscheibe und Querkraft- minimiert positioniertem Stößel zur Betätigung einer Kupplung

Info

Publication number: DE102015209611A1
Application number: DE102015209611.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Bolz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-12-01
Also published as: WO2016188732A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kennungswandler zum Betätigen eines Zylinders, insbesondere eines Geberzylinders einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Betätigungsscheibe, die um eine Drehachse in und gegen eine Drehrichtung drehbar ist, und zum Betätigen eines Stößels vorgesehen ist, der in und gegen eine Verschieberichtung verschiebbar ist, wobei die Betätigungsscheibe eine Querschnittskontur aufweist, die in einem Betätigungsbereich, in dem der Stößel in einem Anlagebereich beim Betätigen an der Betätigungsscheibe anliegt, zumindest teilweise einen Achsabstand zur Drehachse aufweist, der sich stetig vergrößert, wobei der Anlagebereich punkt- oder linienförmig ausgebildet ist, und in dem Betätigungsbereich, in dem sich der Achsabstand zur Drehachse stetig vergrößert, ein Kurvenmaximum der Querschnittskontur ist. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Betätigungsanordnung, die einen solchen Kennungswandler und einen Verstellantrieb zum automatischen Antreiben des Kennungswandlers umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Kennungswandler.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kennungswandler zum Betätigen eines Zylinders, insbesondere eines Geberzylinders einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Betätigungsscheibe, die um eine Drehachse in und gegen eine Drehrichtung drehbar ist, und zum Betätigen eines Stößels vorgesehen ist, der in und gegen eine Verschieberichtung verschiebbar ist, wobei die Betätigungsscheibe eine Querschnittskontur aufweist, die in einem Betätigungsbereich, in dem der Stößel beim Betätigen an der Betätigungsscheibe anliegt, einen sich stetig vergrößernden Achsabstand zur Drehachse aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Betätigungsanordnung, die einen solchen Kennungswandler und einen Verstellantrieb zum automatischen Antreiben des Kennungswandlers umfasst. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Kupplung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Kennungswandler.
Trockenkupplungen in einem Kraftfahrzeug werden von einem Kraftfahrzeugfahrer über einen hydraulischen Geberzylinder und einen hydraulischen Nehmerzylinder, oder mit Seilzügen betätigt. Es sind auch Trockenkupplungen bekannt, bei denen die Betätigung automatisiert erfolgt. Bei automatisierten Trockenkupplungen wird der Geberzylinder des Systems mittels eines Getriebes von einem Elektromotor betätigt. Solche Getriebe umfassen zumeist einen Kennungswandler, der eine erste Stufe mit einem Schraubrad- oder Stirnradgetriebe aufweist, sowie eine zweite Stufe, die die Drehbewegung der ersten Stufe in eine lineare Bewegung, beispielsweise eines Stößels, wandelt. Dafür umfasst die zweite Stufe häufig Kurbeltriebe oder Spindeltriebe. Es sind aber auch Nockenscheiben verwendbar.
Die Druckschrift DE 60 2004 011 168 T2 offenbart einen elektromechanischen Aktuator mit einem nockenartigen Betätigungsglied, das zur Betätigung des Geberzylinders ein Bauglied antreibt. Das Bauglied weist die Form eines zylindrischen Elementes auf, welches in Richtung seiner eigenen Achse verschiebbar ist. Durch die Verschiebung des Baugliedes wird ein Schieber verschoben, der in einer hydraulischen Kartusche untergebracht ist. Dadurch wird eine Flüssigkeit in einem an die Kartusche angebrachten Schlauch verdrängt.
Bei Verwendung von Nockenscheiben werden auf den Stößel jedoch entsprechend der Steigung des Nockens nicht nur Nutzkräfte in Richtung des Stößels, sondern zudem Querkräfte ausgeübt. Diese werden herkömmlich über Mehrgelenkanordnungen abgefangen. Sie sind ebenfalls mit erheblichem Aufwand im Stößel selbst abfangbar.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kennungswandler zur Betätigung eines Zylinders, insbesondere einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, der eine rotatorische Bewegung verlustarm in eine lineare Bewegung wandelt, sowie eine Kupplung mit einem solchen Kennungswandler.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Kennungswandler zum Betätigen eines Zylinders. Der Zylinder ist bevorzugt ein Hydraulikzylinder. Die Erfindung eignet sich aber auch zur Betätigung eines Pneumatikzylinders. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zylinder ein Geberzylinder einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Bevorzugt ist aber auch die Betätigung einer Pumpe.
Der Kennungswandler weist eine Betätigungsscheibe auf, die um eine Drehachse in und gegen eine Drehrichtung drehbar ist. Zudem weist sie einen Stößel auf, der in und gegen eine Verschieberichtung verschiebbar ist. Die Betätigungsscheibe ist zum Verschieben des Stößels vorgesehen. Der Stößel ist zum Betätigen des Zylinders vorgesehen.
Die Betätigungsscheibe weist eine Querschnittskontur auf, die in einem Betätigungsbereich, in dem der Stößel beim Betätigen in einem Anlagebereich an der Betätigungsscheibe anliegt, zumindest teilweise einen sich stetig vergrößernden Achsabstand zur Drehachse aufweist.
Der Kennungswandler zeichnet sich dadurch aus, dass der Anlagebereich punkt- oder linienförmig ausgebildet ist, und dass er in dem Betätigungsbereich, in dem die Querschnittskontur einen sich stetig vergrößernden Achsabstand zur Drehachse aufweist, ein Kurvenmaximum der Querschnittskontur ist.
Beim Drehen der Betätigungsscheibe in diesem Betätigungsbereich liegt der Stößel daher im Kurvenmaximum an der Betätigungsscheibe an. Das Kurvenmaximum ist der punkt- oder linienförmige Anlagebereich, in dem die lokale Steigung der Querschnittskontur gerade Null ist. Dadurch wirkt in diesem Betätigungsbereich keine Kraft tangential auf die Betätigungsscheibe. Somit wirkt auch keine durch eine solche tangentiale Kraft verursachte Querkraft auf den Stößel. Der Stößel ist daher verlustarm verschiebbar, und der Kennungswandler verlustarm betätigbar.
Es ist bevorzugt, dass sich der Stößel entlang einer Wirkachse 31 erstreckt, entlang der er beim Drehen der Betätigungsscheibe in die Verschieberichtung verschoben wird.
Aufgrund des sich stetig vergrößernden Achsabstandes der Querschnittskontur zur Drehachse ist diese monoton steigend ausgebildet. Der Anlagebereich ist daher durch Bildung der mathematischen Ableitung der Querschnittskontur bestimmbar.
Dabei ist die Vergrößerung des Achsabstandes, d. h. ein Verstellweg, um den sich der des Achsabstandes beim Drehen der Betätigungsscheibe verändert, in diesem Betätigungsbereich bevorzugt im Wesentlichen gleich. Dadurch wird der Stößel beim Drehen der Betätigungsscheibe in diesem Betätigungsbereich mit gleichbleibender Geschwindigkeit verschoben.
Es ist aber ebenfalls bevorzugt, dass sich die Vergrößerung des Achsabstandes stetig vergrößert. Vorzugsweise ist der Anlagebereich dieser Ausführungsform durch Bildung der zweiten mathematischen Ableitung der Querschnittskontur bestimmbar. In dieser Ausführungsform wird der Stößel beim Drehen der Betätigungsscheibe in diesem Betätigungsbereich beschleunigt.
Es sind auch Ausführungsformen bevorzugt, bei denen die Querschnittskontur teilweise einen sich verkleinernden Achsabstand zur Drehachse aufweist, so dass der Stößel beim Verschieben abgebremst wird, oder einen gleichbleibenden Achsabstand zur Drehachse aufweist, so dass er in seiner Position verharrt. Dabei ist die Querschnittskontur vorzugsweise zumindest überall stetig, vorzugsweise glatt, ausgebildet. Diese Ausführungsformen haben aber den Nachteil, dass Querkräfte tangential auf die Betätigungsscheibe, und somit Reaktionskräfte auf den Stößel wirken, die zu Verlusten führen und in einem Lager, in dem der Stößel gelagert ist, abgefangen werden müssen.
Daher ist es besonders bevorzugt, dass die Querschnittskontur im gesamten Betätigungsbereich einen sich stetig vergrößernden Achsabstand zur Drehachse aufweist. Vorzugsweise ist sie im gesamten Betätigungsbereich monoton steigend ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Anlagebereich im gesamten Betätigungsbereich ein Kurvenmaximum der Querschnittskontur.
Ganz besonders bevorzugt ist die Vergrößerung des Achsabstandes im Betätigungsbereich überall im Wesentlichen gleich. Dadurch wird der Stößel im gesamten Betätigungsbereich mit im Wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit verschoben.
Der Stößel erstreckt sich in dieser Ausführungsform bevorzugt parallel einer ersten, sich in eine radiale Richtung der Drehachse erstreckenden Raumrichtung, und ist weiterhin bevorzugt von dieser um einen Versatz beabstandet. Er ist daher nicht auf die Drehachse ausgerichtet, sondern seine Wirkachse ist um den Versatz zur Drehachse versetzt.
Weiterhin ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die Vergrößerung des Achsabstandes im Betätigungsbereich stetig steigend ist. Dadurch wird der Stößel im gesamten Betätigungsbereich beschleunigt. In dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, dass sich der Stößel in einem Winkel > 0° zur ersten Raumrichtung erstreckt, und im Anlagebereich von dieser um den Versatz beabstandet ist. [Kann man noch etwas mehr zu dem Winkel sagen? Gut wäre dazu eine Figur, oder eine Aussage, die herkömmliche Kennungswandler ausschließt, bei denen zwar nicht im Kurvenmaximum angeordnet sind, aber in einem Winkel zur radialen Richtung.]
Durch den Versatz wirkt auf die Betätigungsscheibe zwar ein Rückdrehmoment. Der Stößel wird aber nur in Richtung seiner Wirkachse, also in Verschieberichtung, belastet. Insgesamt wirken im Betätigungsbereich nahezu keine Reaktionskräfte auf den Stößel. Der Stößel ist dadurch nicht nur verlustarm verschiebbar, sondern die Lagerung des Stößels ist erheblich einfacher möglich, und es sind keine aufwendigen Mehrgelenkanordnungen erforderlich.
Die Betätigungsscheibe weist im Betätigungsbereich bevorzugt eine Betätigungsfläche auf, an der der Stößel anliegt. Die Betätigungsfläche erstreckt sich bevorzugt quer zur Wirkachse des Stößels, beziehungsweise zur Verschieberichtung. Vorzugsweise erstreckt sich die Verschieberichtung quer zur Drehachse. Um den Kennungswandler an die Einbauverhältnisse anzupassen, ist es aber ebenfalls bevorzugt, dass sich die Verschieberichtung und die Betätigungsfläche in einem Winkel > 0° zur Drehachse erstrecken. Beim Drehen der Betätigungsscheibe liegt der Stößel im Anlagebereich an der Betätigungsfläche an.
Da sich die Betätigungsscheibe beim Betätigen des Kennungswandlers um ihre Drehachse dreht, verschiebt sich der erste Anlagebereich entlang der Betätigungsfläche der Betätigungsscheibe. Um ein verlustarmes Betätigen des Kennungswandlers zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass am Stößel ein Betätigungselement angeordnet ist, das ein Abrollmittel aufweist, welches um eine Abrollachse in und gegen eine Abrollrichtung drehbar ist. Vorzugsweise rollt sich das Abrollmittel beim Drehen der Betätigungsscheibe an der Betätigungsfläche ab. Dadurch sind Reibungsverluste, die beim Verschieben des Stößels entlang der Betätigungsfläche auftreten, gering.
Vorzugsweise ist die Betätigungsscheibe eine Nockenscheibe mit dem Betätigungsbereich und einem Betätigungsanschlag. Der Betätigungsbereich erstreckt sich bevorzugt von einem Betätigungsanfang aus zu einem Betätigungsende. Es ist bevorzugt, dass der Betätigungsanschlag durch eine im Querschnitt geradlinige Kontur gebildet ist, die das Betätigungsende mit dem Betätigungsanfang verbindet. Am Betätigungsanschlag verläuft die Querschnittskontur der Betätigungsscheibe daher sprungförmig.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Betätigungsanordnung für einen Zylinder, beispielsweise für einen Geberzylinder einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Die Betätigungsanordnung weist einen solchen Kennungswandler auf, sowie einen Verstellantrieb zum automatischen Antreiben des Kennungswandlers. Es ist bevorzugt, dass eine Abtriebsachse des Verstellantriebs quer zur Drehachse angeordnet ist. Dadurch ist die Betätigungsanordnung sehr flach / kompakt baubar. In Abhängigkeit von den Bauraumverhältnissen sind aber auch andere Anordnungen bevorzugt. Besonders bevorzugt weist die Abtriebsachse einen Winkel zur radialen Richtung der Drehachse auf. Dadurch ist die Lage des Verstellantriebs relativ zum Kennungswandler anpassbar.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einer Kupplung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem solchen Kennungswandler.
Da nahezu keine oder gar keine Querkräfte am Stößel auftreten, ist die Lagerung des Stößels kostengünstig herstellbar. Zudem ist der Stößel beim Betätigen des Kennungswandlers verlustarm verschiebbar. Daher weist die Kupplung, insbesondere die Lagerung des Stößels, eine sehr gute Lebensdauer auf. Die Kupplung ist daher sehr kosteneffizient herstellbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt in (a) schematisch eine erste Ausführungsform eines Kennungswandlers nach dem Stand der Technik, und in (b) eine weitere Ausführungsform eines Kennungswandlers nach dem Stand der Technik,
2 zeigt in (a) schematisch einen erfindungsgemäßen Kennungswandler,
3 zeigt in (a) eine Betätigungsscheibe für einen erfindungsgemäßen Kennungswandler, und in (b) eine Wertetabelle, und
4 zeigt in (a) eine Betätigungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Kennungswandler, und in (b) einen Ausschnitt aus der Betätigungsanordnung der 4(a).
Die 1(a) zeigt schematisch einen Kennungswandler 1 nach dem Stand der Technik. Der Kennungswandler 1 weist eine Betätigungsscheibe 2 auf, die in und gegen eine Drehrichtung 63 um eine Drehachse 6 drehbar gelagert ist. Die Betätigungsscheibe 2 ist eine Nockenscheibe, die eine Querschnittskontur 20 aufweist, mit einem Betätigungsbereich 21 und einem Betätigungsanschlag 22. Der Betätigungsbereich 21 erstreckt sich von einem Betätigungsanfang 211 aus zu einem Betätigungsende 212. In der dargestellten Ausführungsform steigt ein Abstand A₂ der Querschnittskontur 20 von der Drehachse im Betätigungsbereich 21 von dem Betätigungsanfang 211 bis zu dem Betätigungsende 212 stetig an. Die Querschnittskontur 20 verläuft im Betätigungsbereich monoton steigend und zudem glatt. Am Betätigungsanschlag 22 sind der Betätigungsanfang 211 und das Betätigungsende 212 geradlinig miteinander verbunden. Die Betätigungsscheibe 2 weist daher dort eine Querschnittskontur 20 mit einem Sprung auf.
Weiterhin umfasst der Kennungswandler 1 einen Stößel 3, der in einem ersten Lager 41 in und gegen eine Verschieberichtung 30 verschiebbar gelagert ist. Der Stößel 3 erstreckt sich entlang einer Wirkachse 31 und in eine radiale Richtung 62 der Drehachse 6. Er ist daher zur Drehachse 6 hin ausgerichtet, so dass seine Wirkachse 31 die Drehachse 6 schneidet. Die Verschieberichtung 30 erstreckt sich daher in die radiale Richtung 62.
Am Stößel 3 ist ein kugelförmiges Betätigungselement 7 befestigt, das mit dem Stößel 3 in und gegen die Verschieberichtung 30 verschiebbar ist. Das Betätigungselement 7 liegt im Betätigungsbereich 21 an der Betätigungsscheibe 2 an.
Beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 wird der Stößel 3, vorzugsweise gegen eine Federkraft, entsprechend der Querschnittskontur 20 der Betätigungsscheibe 2 in die Verschieberichtung 30 verschoben. Da der Abstand A₂ der Querschnittskontur 20 von der Drehachse 6 bei der hier dargestellten Ausführungsform der Betätigungsscheibe im gesamten Betätigungsbereich 21 stetig steigt, wird der Stößel 3 kontinuierlich in die Verschieberichtung 30 verschoben. Der Kennungswandler 1 wandelt daher eine rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung um. Dabei wird ein Drehmoment der Betätigungsscheibe 2 in eine Gegenkraft F des Stößels 3 gewandelt.
Da die Querschnittskontur 210 im Betätigungsbereich 21 überall eine Steigung aufweist, wirkt eine Reaktionskraft R am Betätigungselement 7, die die Gegenkraft F des Stößels 3 bewirkt. Die Reaktionskraft R weist einen Wirkwinkel β zur radialen Richtung 62 auf. Der Wirkwinkel β entspricht einem Steigungswinkel β der Querschnittskontur 20 im Anlagebereich P des Stößels 3, in dem dieser an der Betätigungsscheibe 2 anliegt. Die an der Betätigungsscheibe 2 wirkende Reaktionskraft R weist daher eine tangentiale Kraftkomponente RR und eine axiale Kraftkomponente RA auf. Die axiale Kraftkomponente RA wirkt in eine erste Raumrichtung x, die sich in eine radiale Richtung 62 der Drehachse 6 erstreckt. Die radiale Richtung 62, in die sich die erste Raumrichtung x erstreckt, ist im Folgenden als erste radiale Richtung bezeichnet. Die Begriffe erste radiale Richtung und erste Raumrichtung x werden im Folgenden synonym verwendet.
Die tangentiale Kraftkomponente RR wirkt in eine zweite Raumrichtung y quer zur ersten Raumrichtung y. Die zweite Raumrichtung erstreckt sich ebenfalls in eine radiale Richtung 62 der Drehachse. Die radiale Richtung 62, in die sich die zweite Raumrichtung y erstreckt, ist im Folgenden als zweite radiale Richtung bezeichnet. Die Begriffe zweite radiale Richtung und zweite Raumrichtung y werden im Folgenden synonym verwendet.
Der Stößel 3 ist zur Drehachse 6 hin ausgerichtet. Seine Wirkachse 31 schneidet daher die Drehachse 6. Er erstreckt sich in die erste Raumrichtung x. Die Verschieberichtung 30 ist daher die erste radiale Richtung x.
Aufgrund des Steigungswinkels β der Querschnittskontur 20 im Anlagebereich P des Stößels 3 wirkt auf den Stößel 3 nicht nur eine Axialkraft FA in Verschieberichtung 30, sondern zudem eine Querkraft FR quer zur Verschieberichtung 30. Die Querkraft FR ist umso größer, je größer der Wirkwinkel β und/oder je kleiner der Achsabstand A₂ der Querschnittskontur 20 von der Drehachse 6 ist.
Die Querkraft FR muss im ersten Lager 41 abgestützt werden. Zudem muss die Querkraft FR von der Betätigungsscheibe 2 aufgebracht werden.
Sie bewirkt daher einen Leistungsverlust, da dieser Anteil der aufzubringenden Kraft nicht für das Verschieben des Stößels 3 genutzt werden kann.
Beim Betätigen des Kennungswandlers 1 wird die Betätigungsscheibe 2 in Drehrichtung 63 um ihre Drehachse 6 gedreht. Dabei verschiebt sich der Anlagebereich P entlang der Betätigungsfläche 210 der Betätigungsscheibe 2 (beziehungsweise entlang der Querschnittskontur 20). Er wird dabei von einer Grundposition G, in der er etwa am Betätigungsanfang 211 des Betätigungsbereiches 21 angeordnet ist, in eine Verstellposition V, in der er entlang dem Betätigungsbereich 21 in Richtung zum Betätigungsende 212 hin verschoben angeordnet ist, verschoben.
Dabei wird der Stößel 3 in die Verschieberichtung 30 verschoben. Beim Verschieben des Stößels 3 wird ein Zylinder 9 (s. 4(a)), beispielsweise ein Geberzylinder einer Kupplung (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt), betätigt.
Der Stößel 3 wird gegen eine Rückstellkraft, insbesondere einer Feder (nicht gezeigt), betätigt. Dadurch wird er gegen die Verschieberichtung 30 zurück geschoben, wenn die Betätigungsscheibe 2 gegen die Drehrichtung 63 gedreht wird.
1(a) zeigt den Kennungswandler 1 in der Verstellposition V. 1(b) zeigt eine Betätigungsanordnung 100 mit einer weiteren Ausführungsform eines Kennungswandlers 1 nach dem Stand der Technik in der Grundposition G.
Der Kennungswandler der 1(b) unterscheidet sich von dem der 1(a) durch das am Stößel befestigte Betätigungselement 7. Denn das Betätigungselement 7 des Kennungswandlers 1 der 1(b) weist ein Abrollmittel 71 auf, mit einer Abrollfläche 70, die sich in die axiale Richtung 61 der Drehachse 6 erstreckt. Zudem weist die Betätigungsscheibe 2 eine Betätigungsfläche 210 auf, die sich in die axiale Richtung 61 der Drehachse 6 erstreckt. Ein Achsabstand A₂ der Betätigungsfläche 2 von der Drehachse 6 steigt stetig an. Dadurch weist das Betätigungsscheibe 2 eine Querschnittskontur 20 auf, die analog der der Betätigungsscheibe 2 der 1(a) ein kontinuierliches Verschieben des Stößels 3 ermöglicht.
Das Abrollmittel 71 liegt entlang eines linienförmigen Anlagebereiches P an der Betätigungsfläche 210 der Betätigungsscheibe 2 an. Beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 rollt es sich mit seiner Abrollfläche 70 an der Betätigungsfläche 210 ab.
Bei der Betätigungsanordnung 100 der 1(b) wird die Betätigungsscheibe 2 mittels eines Verstellantriebs 8 angetrieben, der eine Abtriebswelle 810 mit einer Verzahnung 814 (s. 4(a)) aufweist. Die Abtriebswelle 810 erstreckt sich in eine Abtriebsrichtung 811 konzentrisch um eine Abtriebsachse 81. Die Betätigungsscheibe 2 ist drehfest zum Antriebsrad 27 angeordnet.
Das Antriebsrad 27 weist eine Gegenverzahnung 271 (s. 4(a)) auf, die zur Verzahnung der Abtriebswelle 810 korrespondierend ausgebildet und mit dieser in Eingriff ist. Es ist um die Drehachse 6 drehbar gelagert. Vorzugsweise ist es quer zur Drehachse 6 angeordnet. Beim Drehen der Abtriebswelle 810 in eine Antriebsrichtung 813 werden daher das Antriebsrad 27 und die Betätigungsscheibe 2 gleichzeitig in die Drehrichtung 63 gedreht.
1(b) zeigt zudem ein Gehäuse 10 mit einem Innenraum 11, in dem der Kennungswandler 1 angeordnet ist. Das erste Lager 41, in dem der Stößel 3 gelagert ist, ist hier durch eine Buchse gebildet, die sich in die Verschieberichtung 30 erstreckt und im Gehäuse 10 angeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, dass die von dem ersten Lager 41 aufzunehmende Querkraft FR bei einem solchen herkömmlichen Kennungswandler 1 so groß ist, dass der Einsatz von herkömmlichen Gleitelementen 7, wie beispielsweise das Abrollmittel 7 der 1(b), insbesondere im Automotive-Bereich, nicht ausreichend ist. Denn die Anzahl der Stellzyklen, die hohe Dynamik, die hohe Ansatztemperatur und die in der Regel nicht mögliche Nachschmierung führt zu einem zu schnellen Verschleiß und zu einem Ausfall der Komponente 9 (s. 4(a)) bereits nach einer sehr kurzen Lebensdauer des Kennungswandlers 1.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kennungswandlers 1 schematisch.
Der Kennungswandler 1 weist die in und gegen die Drehrichtung 63 um die Drehachse 6 drehbare Betätigungsscheibe 2 auf, sowie den in und gegen die Verschieberichtung 30 verschiebbaren Stößel 3. Der Stößel 3 ist in dem ersten Lager 41 gelagert.
Die Betätigungsscheibe 2 des Kennungswandlers 1 weist im gesamten Betätigungsbereich 21 eine Querschnittskontur 20 auf, mit einem sich stetig vergrößernden Achsabstand A₂ zur Drehachse 6. Und zwar ist die Querschnittskontur 20 monoton steigend ausgebildet. Der Stößel 3 liegt in dem Anlagebereich P an der Betätigungsscheibe 2 an, der punkt- oder linienförmig ausgebildet ist. Und zudem ist der Anlagebereich P das Kurvenmaximum der Querschnittskontur 20.
Bei dieser Ausführungsform des Kennungswandlers 1 ist der Wirkwinkel β (s. 1a) im Anlagebereich gerade 0°. Daher wirkt an der Betätigungsscheibe 2 keine tangentiale Kraftkomponente RR der Reaktionskraft R auf den Stößel 3, sondern nur die axiale Kraftkomponente RA. Daher kann der Stößel 3 bei dieser Anordnung verlustarm in und gegen die Schieberichtung 30 verschoben werden. Zudem muss keine oder zumindest nahezu keine Querkraft FR (s. 1a) im Lager 41 des Stößels 3 aufgefangen werden. Zum Lagern des Stößels 3 kann daher ein kostengünstiges Lager 41, insbesondere eine kostengünstige Buchse, verwendet werden. Der Vollständigkeit halber zeigt die 2 die der Reaktionskraft R entgegen gerichtete Axialkraft FA des Stößels 3.
Sichtbar ist, dass sich der Stößel 3 parallel der ersten Raumrichtung x, und daher parallel der ersten radialen Richtung x der Drehachse 6, erstreckt. Dabei ist er aber nicht zur Drehachse 6 hin ausgerichtet. Sondern er ist um einen Versatz ε zur ersten radialen Richtung x versetzt. Daher schneidet seine Wirkachse 31 die Drehachse 6 nicht.
Beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 wird der Anlagebereich P entlang der Querschnittskontur 20 in Drehrichtung 63 der Drehachse 6 verschoben. 2 zeigt den Kennungswandler 1 in einer Verstellposition V, in der der Anlagebereich P zum Betätigungsende 212 hin verschoben ist. Da sich der Achsabstand A₂ der Querschnittskontur 20 im Betätigungsbereich 21 stetig vergrößert, ist der Stößel 3 in der Verstellposition V um einen Verstellweg ΔA in Verschieberichtung 30 verschoben.
3 zeigt in (a) eine Betätigungsscheibe 2 für einen erfindungsgemäßen Kennungswandler 1, und in (b) eine Wertetabelle. Sie verdeutlicht die Ermittlung des Anlagebereiches P für den erfindungsgemäßen Kennungswandler 1 durch Bildung der mathematischen Ableitung der Querschnittskontur 20.
Die Drehachse 6 der Betätigungsscheibe 2 ist in einem Nullpunkt (0, 0) eines Koordinatenkreuzes angeordnet, dessen Achsen sich in die erste Raumrichtung x und in die zweite Raumrichtung y erstrecken. Auf den Achsen / Raumrichtungen x, y ist jeweils ein Weg in [mm] dargestellt.
Die Betätigungsscheibe 2 ist in verschiedenen Drehwinkeln θ, die jeweils um 30° voneinander beabstandet sind, in Drehrichtung 63 um ihre Drehachse 6 gedreht dargestellt.
In der Grundposition G der Betätigungsscheibe 2, in der der Drehwinkel 0° beträgt, erstreckt sich der Betätigungsanschlag 22 in die erste Raumrichtung x.
Die Wertetabelle zeigt ein rechnerisch ermitteltes Ergebnis der Berechnung einer optimalen Position des Stößels 3.
In den Spalten der Tabelle sind dargestellt:

• Der Drehwinkel θ, um den die Betätigungsscheibe 2 gegenüber der Grundposition G gedreht ist;
• Der rechnerisch ermittelte Wert, in dem die Querschnittskontur 20 ihr Kurvenmaximum aufweist;
• Der Achsabstand A₂ des Anlagebereiches P von der die Drehachse 6 schneidenden zweiten Raumrichtung y;
• Der Verstellweg ΔA, um den sich der Anlagebereich P ausgehend von der Grundposition G in Verschieberichtung 30 verschiebt, und
• Die Differenz zwischen dem Achsabstand A₂ in einer Verstellposition V und dem Achsabstand A1 (= A₂(G)) in der Grundposition G.

Der rechnerisch ermittelte Wert, in dem die Querschnittskontur 20 ihr Kurvenmaximum aufweist, ist hier mit P bezeichnet, da diese Position erfindungsgemäß als Anlagebereich P genutzt wird.
Sichtbar ist, dass sich das Kurvenmaximum P bei Drehen der Betätigungsscheibe etwa entlang einer Linie L in die Verschieberichtung 30 verschiebt. Bei Anordnung des Stößels 3 in Richtung der Linie L ist dieser daher immer etwa im Kurvenmaximum P angeordnet. Die Linie L ist um den Versatz ε von der ersten Raumrichtung beabstandet. In der Grundposition G ist der Stößel 3 daher um den Versatz ε vom Betätigungsanfang 211 beabstandet.
Der Wertetabelle ist entnehmbar, dass der Verstellweg ΔA, um den sich der Achsabstand A₂ des Anlagebereiches P beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 vergrößert, geringfügig größer wird. Aufgrund der nur geringfügigen Änderung ist der Stößel 3 hier dennoch im Wesentlichen parallel der ersten Raumrichtung x angeordnet. Es wirken daher zwar geringfügige tangentiale Kräfte RR auf den Stößel 3. Diese sind aber klein genug, um eine kostengünstige Lagerung 41 des Stößels 3 zu ermöglichen.
4 zeigt eine Betätigungsanordnung 100 mit einem solchen erfindungsgemäßen Kennungswandler 1. Ein Gehäuse 10 der Betätigungsanordnung 100 ist geöffnet dargestellt, so dass der Kennungswandler 1 im Innenraum 11 des Gehäuses 10 sichtbar ist. Zum Antrieb des Kennungswandlers 1 weist die Betätigungsanordnung 100 den Verstellantrieb 8 auf. Zudem weist sie die mit dem Stößel 3 betätigte Komponente 9, insbesondere den Zylinder, auf. Der Zylinder 9 ist hier ein Hydraulikzylinder und umfasst eine Stößelführung 91 und eine Kartusche 92.
Der Kennungswandler 1 weist die Betätigungsscheibe 2 auf, die in und gegen die Drehrichtung 93 um die Drehachse 6 drehbar ist. Die Betätigungsscheibe 2 weist den Betätigungsbereich 21 auf, sowie den Betätigungsanschlag 22. Im Betätigungsbereich 21 steigt die Querschnittskontur 20 vom Betätigungsanfang 211 bis zum Betätigungsende 212 stetig an.
An der Betätigungsscheibe 2 ist ein Begrenzungsmittel 28, hier ein Bolzen, angeordnet, der den Drehwinkel θ, um den die Betätigungsscheibe 2 in die Drehrichtung 63 drehbar ist, begrenzt. Der Bolzen 28 wirkt mit einer Nut (nicht gezeigt) im Gehäuse 10 des Kennungswandlers 1 zusammen, wobei ein Nutende (nicht gezeigt) als Anschlag für den Bolzen 28 dient.
Die Betätigungsscheibe 2 wird mittels des Verstellantriebs 8 angetrieben, der eine Abtriebswelle 810 aufweist, die sich in die Abtriebsrichtung 811 erstreckt und in und gegen die Antriebsrichtung 813 um eine Abtriebsachse 81 drehbar ist. An der Abtriebswelle 810 ist als Formschlussmittel eine Schneckenverzahnung 814 angeordnet, die mit einer Gegenverzahnung 271 des Antriebsrades 27 in Eingriff ist. Der Übersichtlichkeit halber zeigt die 4(a) nur einen Ausschnitt des Antriebsrades 27 in gestrichelten Linien.
Beim Drehen der Abtriebswelle 810 in die Antriebsrichtung 813 wird das Antriebsrad 27 in die Drehrichtung 63 angetrieben, so dass sich die Betätigungsscheibe 2 um die Drehachse 6 in die Drehrichtung 63 dreht.
An der Betätigungsscheibe 2 liegt ein Abrollelement 7 an, das um eine Abrollachse 72 in und gegen eine Abrollrichtung 723 drehbar am Stößel 3 angeordnet ist. Das Abrollelement 7 dreht sich beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 in eine Abrollrichtung 723 entgegen gesetzt zur Drehrichtung 63 der Betätigungsscheibe 2. Es liegt dabei im Anlagebereich P an der Betätigungsscheibe 2 an.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Querschnittskontur 20 der Betätigungsscheibe 2, die einen sich stetig vergrößernden Achsabstand A₂ zur Drehachse 6 aufweist, so dass der Anlagebereich P immer im Kurvenmaximum der Querschnittskontur 20 angeordnet ist, wirkt auf den Stößel 3 beim Drehen der Betätigungsscheibe 2 im Wesentlichen nur die Axialkraft RA (s. 2). Dadurch wird der Stößel 3 entlang einer geradlinigen Wirkachse 31 in die Verschieberichtung 30 verschoben. Querkräfte RR treten dabei nahezu nicht auf.
Der Stößel 3 ist hier daher in einem Innenraum 50 eines geradlinigen Führungsrahmens 5 geführt. Der Führungsrahmen 5 weist an gegenüberliegenden Längsseiten 541, 542 jeweils eine Führungsnut 53 auf, in die ein korrespondierend zur Führungsnut 53 ausgebildeter Führungssteg 33, der an gegenüberliegenden Längsseiten 341, 342 des Stößels 3 angeordnet ist, eingreift.
Dies ist in 4(b) sichtbar, die die Betätigungsanordnung 100 ohne den Zylinder 9 zeigt. Dadurch ist der Stößel 3 mit den Führungsstegen 33 und der Führungsrahmen 5 mit den Führungsnuten 53 sichtbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 602004011168 T2 [0003]

Claims

Kennungswandler (1) zum Betätigen eines Zylinders (9), insbesondere eines Geberzylinders einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Betätigungsscheibe (2), die um eine Drehachse (6) in und gegen eine Drehrichtung (63) drehbar ist, und zum Betätigen eines Stößels (3) vorgesehen ist, der in und gegen eine Verschieberichtung (30) verschiebbar ist, wobei die Betätigungsscheibe (2) eine Querschnittskontur (20) aufweist, die in einem Betätigungsbereich (21), in dem der Stößel (3) beim Betätigen in einem Anlagebereich (P) an der Betätigungsscheibe (2) anliegt, einen sich stetig vergrößernden Achsabstand (A₂) zur Drehachse (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (P) punkt- oder linienförmig ausgebildet ist, und dass er in dem Betätigungsbereich (21), in dem die Querschnittskontur (20) einen sich stetig vergrößernden Achsabstand (A₂) zur Drehachse (6) aufweist, ein Kurvenmaximum der Querschnittskontur (20) ist.
Kennungswandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung (ΔA) des Achsabstandes (A₂) im Wesentlichen gleichbleibend ist.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (3) sich parallel einer ersten, sich in eine radiale Richtung (62) der Drehachse (6) erstreckenden Raumrichtung (x) erstreckt und von dieser um einen Versatz (ε) beabstandet ist.
Kennungswandler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vergrößerung (ΔA) des Achsabstandes (A₂) stetig vergrößert.
Kennungswandler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stößel (3) in einem Winkel > 0° zur ersten Raumrichtung (x) der Drehachse (6) erstreckt, und im Anlagebereich (P) von dieser um den Versatz (ε) beabstandet ist.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittskontur (20) im gesamten Betätigungsbereich einen sich stetig vergrößernden Achsabstand (A₂) zur Drehachse (6) aufweist.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (P) im gesamten Betätigungsbereich (21) ein Kurvenmaximum der Querschnittskontur (20) ist.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsscheibe (2) im Betätigungsbereich (21) eine Betätigungsfläche (210) aufweist, die sich quer zur Verschieberichtung (30) erstreckt.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Stößel ein Betätigungselement (7) angeordnet ist, mit einem Abrollmittel (71), welches um eine Abrollachse (70) in und gegen eine Abrollrichtung (721) drehbar ist.
Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsscheibe (2) eine Nockenscheibe mit dem Betätigungsbereich (21) und einem Betätigungsanschlag (22) ist.
Betätigungsanordnung (100) für einen Zylinder (9), insbesondere für einen Geberzylinder einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kennungswandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und einem Verstellantrieb (8), der zum automatischen Antreiben der Betätigungsscheibe (2) vorgesehen ist.
Kupplung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kennungswandler (1) nach einem der Ansprüche 1–8.