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Die Erfindung betrifft eine Aktorvorrichtung zur Betätigung einer Kupplungskomponente oder einer anderen Kraftfahrzeugkomponente, wobei die Aktorvorrichtung eine Antriebseinheit und eine der Antriebseinheit nachgeschaltete Getriebeeinheit aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftfahrzeugkomponente mit entsprechender Betätigungsvorrichtung.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 080 454 A1 zeigt als Kupplungskomponente eine Freilauftrennkupplung im Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs Die Freilauftrennkupplung weist eine Freilaufanordnung und eine zu dieser parallel geschaltete betätigbare Trennkupplung auf.
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Bekannte Aktorsysteme zum Betätigen von Trennkupplungen nutzen entweder den Bauraum außerhalb des Hybrid- bzw. Kupplungsgehäuses (zum Beispiel der hydrostatische Kupplungsaktor HCA) oder erfordern aufgrund koaxialer Anordnung zur Getriebeeingangswelle viel (axialen) Bauraum innerhalb des Systems (zum Beispiel der elektrische Zentralausrücker EZA). Dabei sind diese Aktorsysteme mit ihren Betätigungsenergien für Anwendungen, in denen beispielsweise eine Klauenkupplung betätigt wird, deutlich überdimensioniert.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Aktorvorrichtung und eine entsprechende Kraftfahrzeugkomponente mit Aktorvorrichtung anzugeben, bei denen der vorhandene Bauraum gut genutzt wird.
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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.
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Bei der Aktorvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Getriebeeinheit ein Rampensystem mit zwei Rampenkörpern umfasst, wobei der eine Rampenkörper zur Erzeugung einer axialen Betätigungsbewegung umfänglich um die entsprechende Achse an dem anderen Rampenkörper abgleitend verdrehbar ist. Eine derartige Aktorvorrichtung, also ein Rampenaktor, eignet sich gut zur Betätigung einer Trennkupplung, insbesondere einer Freilauftrennkupplung. Solche Trennkupplungen werden in Hybridantriebssträngen von Kraftfahrzeugen genutzt. Dabei kommen die Bauraumvorteile dieser Aktorvorrichtung besonders deutlich zum Tragen. Ganz besonders gut lässt sich eine als Klauenkupplung ausgestaltete Komponente einer solchen Freilauftrennkupplung mittels dieser Aktorvorrichtung betätigen.
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Die erfindungsgemäße Aktorvorrichtung kann dabei auf die Betätigungsenergie einer zu betätigenden Klauenkupplung angepasst werden, ist im Idealfall modular auf andere (auch höhere) Betätigungsenergien anpassbar und kann dabei möglichst Bauraumneutral in einem Hybrid- bzw. Kupplungsgehäuse integriert werden.
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Die Aktorvorrichtung ist insbesondere eine elektromechanische Aktorvorrichtung. Eine solche elektromechanische Aktoreinrichtung weist beispielsweise eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine wie einem Elektromotor auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Getriebeeinheit einen Spindeltrieb zum Verdrehen des drehbaren Rampenkörpers aufweist.
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Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Spindeltrieb eine Spindel und eine Spindelmutter mit einem Mitnehmerelement zum Verdrehen des einen Rampenkörpers über einen Form- und/oder Kraftschluss mit einem entsprechenden Gegenelement dieses Rampenkörpers aufweist.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Mitnehmerelement als Betätigungsnase und das Gegenelement als Betätigungshaken ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass der Spindeltrieb eine Trägereinrichtung aufweist, über die die Spindel gelagert ist. Dabei ist die Trägereinrichtung vorzugsweise aus Blech gefertigt, also ein Trägerblech.
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Insbesondere bildet die Trägereinrichtung eine Führung für das Mitnehmerelement. Als Führung ist beispielsweise eine Führungsnut vorgesehen, in die das Mitnehmerelement oder ein sonstiger Teil der Spindelmutter eingreift. Die Führung ist bevorzugt eine Linearführung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Rampenkörper als Rampenring ausgebildet ist. Bevorzugt sind beide Rampenkörper als Rampenringe, also ringförmig, ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktorvorrichtung eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation eines Teils der von der Antriebseinheit beim Betätigen der Fahrzeugkomponente zu überwindenden Betätigungslast aufweist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin die Anordnung einer Aktorvorrichtung innerhalb einer Kupplungseinheit oder anderer Kraftfahrzeugkomponenteneinheit, die eine Wand, insbesondere Zwischenwand, aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Aktorvorrichtung wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist und dass diese Aktorvorrichtung an der Wand angeordnet/montiert ist. Die Kraftfahrzeugkomponenteneinheit ist beispielsweise ein Hybridmodul bzw. eine Trennkupplungseinheit. Somit ist die Aktorvorrichtung also im Bauraum der entsprechenden Einheit/des entsprechenden Moduls an der (Zwischen-)Wand angeordnet.
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Bei der Kraftfahrzeugkomponenteneinheit mit einer Kupplungskomponente oder einer anderen Kraftfahrzeugkomponente sowie mit einer Aktorvorrichtung zur Betätigung besagter Kraftfahrzeugkomponente ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aktorvorrichtung wie vorstehend beschrieben, also als Rampenaktor, ausgebildet ist. Die Aktorvorrichtung ist bevorzugt an einer Wand der Kraftfahrzeugkomponenteneinheit, beispielsweise einer Zwischenwand, montiert. Die Kraftfahrzeugkomponenteneinheit ist vorzugsweise eine Freilauftrennkupplung für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs oder eine Einheit, die eine solche Freilauftrennkupplung aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 eine Kupplungseinheit für einen Hybridantrieb mit einer Aktorvorrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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2 die Wandmontage der Aktorvorrichtung bei dieser Ausführungsform,
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3 die Wandmontage der Aktorvorrichtung aus einem anderen Blickwinkel,
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4 die Aktorvorrichtung alleine,
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5 die Aktorvorrichtung aus einem anderen Blickwinkel,
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6 eine Schnittdarstellung der Aktorvorrichtung,
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7 eine Kupplungseinheit für einen Hybridantrieb mit einer Aktorvorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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8 die Wandmontage der Aktorvorrichtung bei der zweiten Ausführungsform,
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9 die Wandmontage der Aktorvorrichtung aus einem anderen Blickwinkel, und
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10 eine Aktorvorrichtung gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die 1 zeigt einen Teil einer Kupplungseinheit 10 für einen Antriebsstrang eines Hybridantriebs eines entsprechenden Kraftfahrzeugs oberhalb einer Längsachse 12 der Kupplungseinheit 10. Der Antriebsstrang umfasst einen (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor als erste Antriebsmaschine, eine (nicht gezeigte) elektrische Maschine als zweite Antriebsmaschine und eine im Antriebsstrang zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine zwischengeschaltete Trennkupplungsvorrichtung 14. Im weiteren Verlauf des Antriebsstrangs schließen sich dann eine Reibungskupplung 16 und ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Getriebe an. In dem Antriebsstrang ist die elektrische Maschine achsparallel zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet. Dabei ist die elektrische Maschine mittels eines Riementriebs mit dem hier gezeigten Hauptstrang des Antriebsstrangs gekoppelt.
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Die in 1 gezeigte Kupplungseinheit 10 umfasst motorseitig ein(Zweimassen-)Schwungrad 18, eine sich axial anschließende(Zwischen-)Wand 20, eine als Rampenaktor 22 ausgebildete Aktorvorrichtung 24 zur Betätigung der Trennkupplungsvorrichtung 14, die Trennkupplungsvorrichtung 14 selbst, eine Riemenscheibe 26 für den Riementrieb, über den die elektrische Maschine an den Hauptstrang des Antriebsstrangs gekoppelt ist, sowie die als Anfahrkupplung fungierende Reibungskupplung 16. An die Reibungskupplung 16 schließt sich dann im Hauptstrang das Getriebe an.
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Die(Motor-)Trennkupplungsvorrichtung 14 zum Verbrennungsmotor ist aufgeteilt in eine Freilaufeinrichtung 28 (für Zugmomente) und eine Klauenkupplung 30 (für Schubmomente). Eine solche Trennkupplungsvorrichtung 14 wird zuweilen auch als Freilauftrennkupplung bezeichnet. Die Betätigung der Klauenkupplung 30 erfolgt mittels der als Rampenaktor ausgebildeten Aktorvorrichtung 24. Die besonderen Bauraumverhältnisse und geringen Betätigungskräfte zum Schließen oder Öffnen einer Klauenkupplung 30 begünstigen den Einsatz dieser Aktorvorrichtung 24, also des Rampenaktors 22. An der Wand 20, die das Hauptlager 32 des Hybridsystems trägt, ist auch die Aktorvorrichtung 24 angebracht. Die Aktorvorrichtung 24 umfasst eine (in 2 erstmals gezeigte) Antriebseinheit 34 und einer der Antriebseinheit 34 nachgeschalteten Getriebeeinheit 36, die einen Spindeltrieb 38 und ein dem Spindeltrieb 38 nachgeschaltetes Rampensystem 40 mit zwei Rampenkörpern 42, 44 aufweist. Der eine dieser Rampenkörper 42, 44 ist als drehbarer Rampenkörper 42 und der andere der Rampenkörper als fixer Rampenkörper 44 ausgebildet. Axial schließt sich an den drehenden Rampenkörper 42 unmittelbar das entsprechende Ausrücklager 46 an. Bei der in 1 gezeigten Anordnung ist das Rampensystem 40 radial innerhalb und der Spindeltrieb 38 wie auch die elektrische Maschine außerhalb der Riemenscheibe 26 angeordnet.
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In 2 ist die Aktorvorrichtung 24 sowie deren Montage an der Wand 20 im Detail gezeigt. Die Aktorvorrichtung 24 lässt sich grob in die Antriebseinheit 34 mit einer elektrischen Maschine, also einem Elektromotor, als Antriebsmaschine der Aktorvorrichtung 24 und die der Antriebseinheit 34 nachgeschaltete Getriebeeinheit 36 zur Wandlung der von der Antriebseinheit generierten Bewegung in eine gewünschte Aktorbewegung aufteilen. Die Getriebeeinheit 36 umfasst das Rampensystem 40 mit den zwei Rampenkörpern 42, 44, wobei der eine Rampenkörper 42 zur Erzeugung einer axialen Betätigungsbewegung umfänglich um die entsprechende Achse, hier also die Längsachse 12, an dem anderen, fixen Rampenkörper 44 abgleitend verdrehbar ist. Beide Rampenkörper 42, 44 sind als Rampenringe ausgebildet. Zu dem Verdrehen des einen Rampenkörpers 42 wird dabei der von der Antriebseinheit angetriebene Spindeltrieb 38 genutzt. Der Spindeltrieb 38 weist eine Spindel 48, eine Trägereinrichtung 50 zur Lagerung der Spindel 48 sowie eine Spindelmutter 52 auf. Die Spindelmutter 52 weist ein in 3 gezeigtes Mitnehmerelement 54 auf, das den drehbaren einen Rampenkörper 42 über einen Formschluss mit einem entsprechenden Gegenelement 56 dieses Rampenkörpers 42 verdreht. Das Gegenelement 56 ist im vorliegenden Fall als Betätigungshaken ausgebildet. Unmittelbar an den drehbaren einen Rampenkörper 42 schließt sich axial das Ausrücklager 46 an.
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Die 3 zeigt die Rückseite der in 2 gezeigten Anordnung aus Wand 20 und Aktorvorrichtung 24. Ein in der Wand 20 ausgebildeter Durchbruch 58 gibt dem Blick auf Teile der Aktorvorrichtung 24 frei. Ein Ausleger der Trägereinrichtung 50 weist eine Führungsnut bzw. ein Langloch auf, das eine Linear-Führung 60 für das als Betätigungsnase ausgebildete Mitnehmerelement 54 bildet. Deutlich sichtbar hintergreift das Mitnehmerelement 54 das Gegenelement 56. Weiterhin ist auch ein Teil des feststehenden Rampenkörpers 44 sichtbar.
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Die 4 zeigt die Aktorvorrichtung 24 aus dem gleichen Blickwinkel wie die 3 mit dem Unterschied, dass die Wand 20 nicht dargestellt ist. Auch hier deutlich erkennbar die Antriebseinheit 34 und die der Antriebseinheit 34 nachgeschaltete Getriebeeinheit 36 zur Wandlung der von der Antriebseinheit generierten Bewegung in eine gewünschte Aktorbewegung. Die Getriebeeinheit 36 umfasst den Spindeltrieb und das Rampensystem 40 mit den zwei Rampenkörpern 42, 44. Der fixe Rampenkörper 44 weist umfänglich verteilte Drehsicherungsbolzen 62 auf.
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Die 5 zeigt die die Aktorvorrichtung 24 sowie deren Montage an der Wand 20 noch einmal im Detail. Deutlich sichtbar ist ein Anstellwinkel α zwischen der Ebene der Wand 20 und der Längserstreckung der Spindel 48 des Spindeltriebs 38.
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In 6 ist ein Schnitt durch den Spindeltrieb 38 gezeigt, der weitere Details offenbart. So ist hier gezeigt, dass die Spindel 48 über zwei Gleitlager 64 in/an der Trägereinrichtung 50 drehbar gelagert ist. Neben dem nun sichtbaren(Trapez-)Gewinde der Spindel 48 sind weitere Details der Spindelmutter 52 erkennbar. Diese weist an den Enden Dichtkappen 66 auf, die zur Führung der Spindelmutter 52 wie auch zur Querkraftabstützung dienen. Das als Nase ausgebildete Mitnehmerelement 54 ist umfänglich von einem Kontaktring 68 umschlossen, über den der Formschluss zum Gegenelement 56 erfolgt. Dieser Kontaktring 68 ist optional.
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Die 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Kupplungseinheit 10 für den Antriebsstrang des Hybridantriebs. Bei dieser Variante ist die elektrische Maschine koaxial zur Längsachse 12 angeordnet. Dazu umgibt ein Rotorträger 70 die Klauenkupplung 30 und die Freilaufeinrichtung 28. Der Spindeltrieb 38 ist parallel zur Wand 20 angeordnet.
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In 8 ist die Aktorvorrichtung 24 sowie deren Montage an der Wand 20 im Detail gezeigt. Auch hier sind beide Rampenkörper 42, 44 als Rampenringe ausgebildet. Zu dem Verdrehen des verdrehbaren einen Rampenkörpers 42 wird der von der Antriebseinheit angetriebene Spindeltrieb 38 genutzt. Die Spindelmutter 52 weist auch hier ein Mitnehmerelement 54 auf, das den drehbaren einen Rampenkörper 42 über einen Formschluss mit dem entsprechenden Gegenelement 56 dieses Rampenkörpers 42 verdreht. Das Gegenelement 56 ist als Betätigungshaken ausgebildet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich auch eine Variation der Funktion des Rampensystems 40. Der Rampenkörper 42 stützt sich axial mit der ebenen Rückseite an der(Zwischen-)Wand 20 ab, kann nur in Umfangsrichtung bewegt werden und wird somit nur verdreht ohne sich axial zu bewegen. Durch Verdrehung des Rampenkörpers 42 wird der Rampenkörper 44 axial bewegt. Dieser Rampenkörper 44 ist drehfest (d.h. in Umfangsrichtung fixiert) an der Zwischenwand gelagert und kann sich nur axial bewegen. Der Rampenkörper 44 trägt entsprechend das Ausrücklager 46.
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Anders als in der in 2 gezeigten Variante sind Spindeltrieb 38 und Rampensystem 40 auf unterschiedlichen Seiten der Wand 20.
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Die 9 zeigt die Rückseite der in 8 gezeigten Anordnung aus Wand 20 und Aktorvorrichtung 24. Auf dieser Rückseite ist der Spindeltrieb 28 montiert.
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An dieser Stelle seien wichtige Eckdaten der Aktorvorrichtung noch einmal mit anderen Worten erwähnt:
Mittels der Spindelmutter 54 des Spindeltriebs 38 wird der Rampenmechanismus des Rampensystems 40 betätigt. Der drehbare Rampenkörper 42 trägt hierbei ein Ein- bzw. Ausrücklager 46. Entsprechend der Drehbewegung des drehbaren Rampenkörpers 42 und der Rampensteigung wird ein axialer Vorschub des Ein- bzw. Ausrücklagers 46 erzeugt. Die Aktorvorrichtung wird auf einer Zwischenwand 20 angeordnet. Hierbei können Rampensystem 40 und Spindeltrieb 38 auf derselben Seite der Wand 20 oder auf unterschiedlichen Seiten positioniert sein. Durch Wahl der Rampensteigung, der Spindelsteigung, der elektrischen Maschine sowie der gewählten Materialien kann die Aktorvorrichtung 24 an verschiedene Betätigungsenergien angepasst werden.
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Die Aktorvorrichtung 24 ist idealerweise so ausgelegt, dass der Rampenmechanismus des Rampensystems 40 nicht selbsthemmend ist, der Spindeltrieb 38 jedoch selbsthemmend ist. Auf diese Weise dreht eine „normally closed“ Kupplung beim Schließen den Rampenmechanismus immer zurück, so dass die Last am Spindeltrieb 38 beim Schließen und beim Öffnen stets in die gleiche Richtung zeigt. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung der Kraftübertragung zwischen Spindeltrieb 38 und Rampensystem 40 sowie eine einfache Lagerung der Spindel 48. Aufgrund der selbsthemmenden Spindel 48 muss von der elektrischen Maschine in keiner Position eine Haltekraft aufgebracht werden. Die elektrische Maschine wird leistungsoptimiert vorwärts und rückwärts betrieben.
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Die 10 zeigt schließlich eine Variante des Spindeltriebs 38. Diese weist eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation eines Teils der von der Antriebseinheit 34 beim Betätigen der Fahrzeugkomponente 30 zu überwindenden Betätigungslast auf. Die Kompensationseinrichtung wird im Wesentlichen durch Kompensationsfedern 72 gebildet.
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Es ergibt sich folgende Funktion:
Das maximale Motormoment, das benötigt wird um eine am Ausrücklager 46 anliegende Betätigungskraft aufzubringen, kann mittels dieser Kompensationsfedern 72, die auf die Mutter 52 des Spindeltriebs 38 wirken und einen Teil der Kupplungslast kompensieren, reduziert werden.
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Die Kompensationsfederkraft wirkt der an der Mutter 52 anliegenden Kupplungslast entgegen. Es können verschiedene Federtypen zum Einsatz kommen (z.B. Druckfedern, Zugfedern, Federn mit nichtlinearer / degressiver Federkennlinie wie z.B. Tellerfedern, etc.). In 10 sind Druckfedern mit linearer Kennlinie dargestellt, die sich über (nicht gezeigte) Federdorne einerseits an der Mutter 52 und andererseits am Trägerblech 50 abstützen.
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Kompensiert werden können verschiedene Kupplungskennlinien, wie z.B. die Kennlinie eines Blattfederpakets oder einer Tellerfederkupplung. Idealerweise wird der Federgradient und die Federvorspannung so gewählt, dass das maximale Motormoment minimal wird und in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung gleich groß ist, da auf diese Weise der Elektromotor maximal ausgenutzt wird.
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Aufgrund der Kompensation kann es zu einem Flankenwechsel (Nulldurchgang der benötigten Betätigungskraft an der Mutter) an dem Spindelgewinde kommen – ein positiver Nebeneffekt, da dadurch die Fettumwälzung und Gewindebelastung verbessert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungseinheit
- 12
- Längsachse
- 14
- Trennkupplungsvorrichtung
- 16
- Reibungskupplung
- 18
- Schwungrad
- 20
- Wand
- 22
- Rampenaktor
- 24
- Aktorvorrichtung
- 26
- Riemenscheibe
- 28
- Freilaufeinrichtung
- 30
- Klauenkupplung
- 32
- Hauptlager
- 34
- Antriebseinheit (Aktorvorrichtung)
- 36
- Getriebeeinheit (Aktorvorrichtung)
- 38
- Spindeltrieb
- 40
- Rampensystem
- 42
- Rampenkörper (drehbar)
- 44
- Rampenkörper (drehfest)
- 46
- Ausrücklager
- 48
- Spindel
- 50
- Trägereinrichtung
- 52
- Spindelmutter
- 54
- Mitnehmerelement
- 56
- Gegenelement
- 58
- Durchbruch
- 60
- Führung
- 62
- Drehsicherungsbolzen
- 64
- Gleitlager
- 66
- Dichtkappe
- 68
- Kontaktring
- 70
- Rotorträger
- 72
- Kompensationsfeder
- α
- Anstellwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011080454 A1 [0002]
