DE102016202008B3 - actuator - Google Patents
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Abstract
Aktuatoranordnung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Schaltelement (2), wobei das Schaltelement (2) wahlweise in eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) ein erstes Wellenelement (3) und ein zweites Wellenelement (4) antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2) das erste Wellenelement (3) und das zweite Wellenelement (4) nicht antriebswirksam verbunden sind, einen elektromagnetischen Aktuator (5), wobei der Aktuator (5) bidirektional, nämlich ausgehend von einer Aktuatormittelposition (6) in eine radiale erste Aktuatorposition (7) und eine radiale zweite Aktuatorposition (8), bewegbar ist, wobei über den Aktuator (5) in der ersten Aktuatorposition (7) ein erster Schaltvorgang des Schaltelements (2), nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator (5) in der zweiten Aktuatorposition (8) ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements (2) von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar ist, und einen Halte- und Entriegelungsmechanismus (9), wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus (9) derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement (2) in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist und sich der Aktuator (5) in der ersten Schaltstellung des Schaltelements (2) sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements (2) in der Aktuatormittelposition (6) befindet.Actuator arrangement (1) for a drive train of a motor vehicle comprising a switching element (2), wherein the switching element (2) is selectively movable into a first switching position and a second switching position, wherein in the first switching position of the switching element (2) a first shaft element (3) and a second shaft member (4) are drivingly connected and in the second switching position of the switching element (2) the first shaft member (3) and the second shaft member (4) are not drivingly connected, an electromagnetic actuator (5), wherein the actuator (5 ), namely, starting from an actuator center position (6) into a radial first actuator position (7) and a radial second actuator position (8), is movable, wherein via the actuator (5) in the first actuator position (7), a first switching operation of the switching element (2), namely an axial movement of the switching element (2) from the first switching position to the second switching position, and via the A btuator (5) in the second actuator position (8) a second switching operation, namely an axial movement of the switching element (2) from the second switching position to the first switching position, actuated, and a holding and unlocking mechanism (9), wherein the retaining and unlocking mechanism (9) is formed such that the switching element (2) in the first switching position and in the second switching position is mechanically held and the actuator (5) in the first switching position of the switching element (2) and in the second switching position of the switching element (2) located in the actuator center position (6).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung vorzugsweise zur Betätigung einer Kupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1.The present invention relates to an actuator arrangement preferably for actuating a clutch in a drive train of a motor vehicle according to claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Aktuatoranordnungen in unterschiedlichsten konstruktiven Ausführungen dienen im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang der wahlweisen Aktuierung einer antriebswirksamen Verbindung eines Antriebselements mit einem Abtriebselement. So finden Aktuatoranordnungen der gattungsgemäßen Art insbesondere in allradgetriebenen Kraftfahrzeugen und in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb Anwendung. Sie dienen dabei beispielsweise der Aktuierung der Stilllegung von Teilbereichen des Antriebsstranges, um derart ein unnötiges Mitdrehen und somit einen unnötigen Energieverbrauch der stillzulegenden Teilbereiche des Antriebsstrangs zu verhindern.Actuator arrangements in a wide variety of structural designs are used in the field of motor vehicle technology in a motor vehicle drive train for the selective actuation of a drive-effective connection of a drive element to an output element. So find actuator arrangements of the generic type in particular in all-wheel drive motor vehicles and in motor vehicles with hybrid drive application. They serve, for example, the actuation of the decommissioning of subregions of the drive train in order to prevent unnecessary co-rotation and thus unnecessary energy consumption of the subordinate areas of the drive train to be decommissioned.
Insbesondere in dem Anwendungsbereich der allradgetriebenen Kraftfahrzeuge werden eine zuverlässige der Trennung der Teilbereiche des Antriebsstranges sowie eine bedarfsgerechte und hochdynamische Zuschaltung der jeweiligen Teilbereiche des Antriebsstranges ohne hohen Energieaufwand gewünscht.Particularly in the field of application of all-wheel drive motor vehicles, a reliable separation of the subregions of the drive train as well as demand-driven and highly dynamic connection of the respective subregions of the drive train are desired without high energy expenditure.
Das Dokument
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Aktuatoranordnung zur Aktuierung einer wahlweisen Verbindung eines ersten Wellenelements mit einem zweiten Wellenelement anzugeben, die bei minimalem Bauteil- und Bauraumaufwand effizient und energieoptimiert arbeitet.It is an object of the invention to provide an alternative actuator assembly for actuating an optional connection of a first shaft member to a second shaft member, which operates efficiently and energy-optimized with minimal component and space requirements.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Aktuatoranordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend ein Schaltelement, wobei das Schaltelement wahlweise in eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement nicht antriebswirksam verbunden sind, einen elektromagnetischen Aktuator, wobei der Aktuator bidirektional, nämlich ausgehend von einer Aktuatormittelposition in eine radiale erste Aktuatorposition und eine radiale zweite Aktuatorposition, bewegbar ist, wobei über den Aktuator in der ersten Aktuatorposition ein erster Schaltvorgang des Schaltelements, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator in der zweiten Aktuatorposition ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar ist, und einen Halte- und Entriegelungsmechanismus, wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist und sich der Aktuator in der ersten Schaltstellung des Schaltelements sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in der Aktuatormittelposition befindet.The object is achieved by an actuator arrangement for a drive train of a motor vehicle comprising a switching element, wherein the switching element is selectively movable into a first switching position and a second switching position, wherein in the first switching position of the switching element, a first shaft member and a second shaft member are drivingly connected and in the second switching position of the switching element, the first shaft member and the second shaft member are not drivingly connected, an electromagnetic actuator, wherein the actuator is bidirectionally, namely, starting from an actuator center position in a radial first actuator position and a radial second actuator position, movable, wherein via the actuator in the first actuator position, a first switching operation of the switching element, namely an axial movement of the switching element from the first switching position to the second switching position, and via the actuator in the second Aktuat orposition a second switching operation, namely, an axial movement of the switching element from the second switching position to the first switching position, aktuierbar, and a holding and unlocking mechanism, wherein the holding and unlocking mechanism is designed such that the switching element in the first switching position and in the second switching position is mechanically held and the actuator is in the first switching position of the switching element and in the second switching position of the switching element in the Aktuatormittelposition.
Erfindungsgemäß umfasst die Aktuatoranordnung ein Schaltelement, einen elektromagnetischen Aktuator sowie einen Halte- und Entriegelungsmechanismus.According to the invention, the actuator arrangement comprises a switching element, an electromagnetic actuator and a holding and unlocking mechanism.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Schaltelement wahlweise in eine erste Schaltstellung und in eine zweite Schaltstellung bewegbar, wobei in der ersten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement antriebswirksam verbunden sind und in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement nicht antriebswirksam verbunden sind.According to the present invention, the switching element is selectively movable in a first switching position and in a second switching position, wherein in the first switching position of the switching element, the first shaft member and the second shaft member are drivingly connected and in the second switching position of the switching element, the first shaft member and the second shaft member are not drivingly connected.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung einen elektromagnetischen Aktuator. Der elektromagnetische Aktuator ist gemäß der vorliegenden Erfindung bidirektional bewegbar. Die bidirektionale Bewegung des elektromagnetischen Aktuators erfolgt ausgehend von einer Aktuatormittelposition in eine radiale erste Aktuatorposition oder eine radiale zweite Aktuatorposition.Furthermore, the actuator arrangement according to the invention comprises an electromagnetic actuator. The electromagnetic actuator is bidirectionally movable according to the present invention. The bidirectional movement of the electromagnetic actuator takes place starting from an actuator center position into a radial first actuator position or a radial second actuator position.
Die radiale zweite Aktuatorposition ist ausgehend von der Aktuatormittelposition in ihrer Richtung der radialen ersten Aktuatorposition entgegengesetzt.The radial second actuator position is opposite to the radial first actuator position, starting from the actuator center position in its direction.
Erfindungsgemäß ist über den Aktuator in der ersten Aktuatorposition ein erster Schaltvorgang des Schaltelements, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung, und über den Aktuator in der zweiten Aktuatorposition ein zweiter Schaltvorgang, nämlich eine axiale Bewegung des Schaltelements von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung, aktuierbar.According to the invention via the actuator in the first Aktuatorposition a first switching operation of the switching element, namely an axial movement of the switching element from the first switching position to the second switching position, and via the actuator in the second Aktuatorposition a second switching operation, namely an axial movement of the switching element of the second switching position in the first switching position, actuated.
Die Begrifflichkeit „axial” entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse des ersten Wellenelements
Die Begrifflichkeit „radial” entspricht einer Richtung normal auf die Längsachse des ersten Wellenelements.The term "radial" corresponds to a direction normal to the longitudinal axis of the first shaft member.
Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung umfasst weiterhin einen Halte- und Entriegelungsmechanismus, wobei der Halte- und Entriegelungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass das Schaltelement in der ersten Schaltstellung sowie in der zweiten Schaltstellung mechanisch gehalten ist. Erfindungsgemäß befindet sich der elektromagnetische Aktuator in der ersten Schaltstellung des Schaltelements sowie in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements in der Aktuatormittelposition.The actuator assembly according to the invention further comprises a holding and unlocking mechanism, wherein the holding and unlocking mechanism is designed such that the switching element is mechanically held in the first switching position and in the second switching position. According to the invention, the electromagnetic actuator is in the first switching position of the switching element and in the second switching position of the switching element in the actuator center position.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Aktuatoranordnung ist es möglich auf einfache Art und Weise eine effiziente und hochdynamische Schaltung des Schaltelements und insbesondere ein energieoptimiertes Halten der erwünschten Schaltstellung des Schaltelements zu realisieren. Elektrische Hilfsenergie wird lediglich für die Aktuierung des ersten Schaltvorgangs und des zweiten Schaltvorgangs benötigt, d. h. lediglich zur Steuerung der Schaltvorgänge. Die für die Bewegung des Schaltelements notwendige Energie wird zum wesentlichen Teil dem rotierenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs entnommen.The inventive design of the actuator assembly, it is possible in a simple manner to realize an efficient and highly dynamic circuit of the switching element and in particular an energy-optimized holding the desired switching position of the switching element. Electrical auxiliary power is needed only for the actuation of the first shift and the second shift, d. H. only to control the switching operations. The energy required for the movement of the switching element is taken substantially from the rotating drive train of the motor vehicle.
Zudem weist die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung einen bauraum- und kostenoptimierten Aufbau auf.In addition, the actuator assembly according to the invention has a construction space and cost-optimized design.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elektromagnetische Aktuator eine erste Spule, eine zweite Spule und ein Stellelement auf, wobei das Stellelement ausgehend von der stromlosen Aktuatormittelposition bei Bestromung der ersten Spule in die erste Aktuatorposition und bei Bestromung der zweiten Spule in die zweite Aktuatorposition bewegbar ist.In a preferred embodiment, the electromagnetic actuator has a first coil, a second coil and an actuating element, wherein the actuating element, starting from the currentless Aktuatormittelposition upon energization of the first coil in the first actuator position and when energizing the second coil in the second actuator position is movable.
Eine alternative Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist eine Spule und ein am Stellelement angebrachtes Element aus hartmagnetischem Material, nämlich einen Permanentmagneten, auf. Das Stellelement ist durch Bestromung der Spule aus einer stromlosen federzentrierten Mittelposition in die erste Aktuatorposition und durch Umkehr der Stromrichtung an der Spule in die zweite Aktuatorposition bewegbar.An alternative embodiment of the electromagnetic actuator comprises a coil and an element of hard magnetic material, namely a permanent magnet, attached to the control element. The actuating element can be moved by energizing the coil from an electroless spring-centered central position into the first actuator position and by reversing the current direction at the coil into the second actuator position.
Eine weitere alternative Ausführungsform des elektromagnetischen Aktuators weist eine Spule und ein Stellelement auf, wobei das Stellelement durch ein definiertes Strom- oder Spannungsniveau an der Spule in der Aktuatormittelposition, entgegen einer wirksamen Federkraft, gehalten wird. Durch Erhöhung oder Absenkung des anliegenden Strom- oder Spannungsniveaus an der Spule ist das Stellelement in die erste Aktuatorposition oder in die zweite Aktuatorposition bewegbar.Another alternative embodiment of the electromagnetic actuator includes a coil and an actuator, wherein the actuator is held by a defined current or voltage level on the coil in the actuator center position, against an effective spring force. By increasing or decreasing the applied current or voltage level on the coil, the actuating element is movable into the first actuator position or into the second actuator position.
Das Stellelement weist bevorzugt einen ersten Eingriffsfortsatz und einen zweiten Eingriffsfortsatz auf, wobei der erste Eingriffsfortsatz in eine radiale Richtung ausgebildet ist und der zweite Eingriffsfortsatz in eine axiale Richtung ausgebildet ist.The actuating element preferably has a first engagement projection and a second engagement projection, wherein the first engagement projection is formed in a radial direction and the second engagement projection is formed in an axial direction.
Weiterhin bevorzugt weist der Halte- und Entriegelungsmechanismus ein axial wirkendes erstes elastisches Element, ein Halteelement mit mehreren radial wirkenden zweiten elastischen Elementen und ein Entriegelungselement auf.Furthermore, the holding and unlocking mechanism preferably has an axially acting first elastic element, a holding element with a plurality of radially acting second elastic elements and an unlocking element.
Das Halteelement des Halte- und Entriegelungsmechanismus ist bevorzugt fest auf dem ersten Wellenelement angeordnet und ringförmig ausgebildet. Die zweiten elastischen Elemente sind vorzugsweise gleichmäßig entlang dem Außenumfang des ringförmigen Halteelements ausgebildet.The holding element of the holding and unlocking mechanism is preferably fixedly arranged on the first shaft element and annular. The second elastic elements are preferably formed uniformly along the outer circumference of the annular retaining element.
Weiterhin bevorzugt ist das Entriegelungselement axial fest jedoch drehbar auf dem Schaltelement angeordnet und im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Further preferably, the unlocking element is axially fixed but rotatably mounted on the switching element and formed substantially annular.
Vorzugsweise weist das Entriegelungselement einen ersten Kulissenabschnitt und einen zweiten Kulissenabschnitt auf.Preferably, the unlocking element has a first link section and a second link section.
Bevorzugt ist das Schaltelement in einer zweiten Schaltstellung entgegen der Kraft des ersten elastischen Elements über das Zusammenwirken des ersten Kulissenabschnitts des Entriegelungselements mit den zweiten elastischen Elementen des Halteelements mechanisch gehalten.Preferably, the switching element is mechanically held in a second switching position against the force of the first elastic element via the interaction of the first link section of the unlocking element with the second elastic elements of the holding element.
Weiterhin bevorzugt ist das Schaltelement in einer ersten Schaltstellung durch die Kraft des ersten elastischen Elements mechanisch gehalten.Further preferably, the switching element is mechanically held in a first switching position by the force of the first elastic element.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung greift in der zweiten Aktuatorposition der zweite Eingriffsfortsatz des Stellelements in den zweiten Kulissenabschnitt des Entriegelungselements ein, so dass der zweite Schaltvorgang des Schaltelements aktuiert wird.In an advantageous embodiment of the present invention engages in the second actuator position of the second engagement extension of the actuating element in the second gate section of the unlocking, so that the second switching operation of the switching element is actuated.
Weiterhin greift in der ersten Aktuatorposition der erste Eingriffsfortsatz des Stellelements in einen dritten Kulissenabschnitt entlang des Außenumfangs des Schaltelements ein, so dass der erste Schaltvorgang des Schaltelements aktuiert wird.Furthermore, in the first actuator position, the first engagement extension of the actuating element engages in a third slide section along the outer circumference of the switching element, so that the first switching operation of the switching element is actuated.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Wie in den
Das Schaltelement
Die wahlweise Koppelung des ersten Wellenelements
Der elektromagnetische Aktuator
Der elektromagnetische Aktuator
Das Stellelement
Das Stellelement
Im Gegensatz dazu führt das Stellelement
Das Stellelement
Das Stellelement
Die Schaltmuffe
Die axiale Bewegung der Schaltmuffe
In der ersten Schaltstellung der Schaltmuffe
In der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe
Ein erster Schaltvorgang beschreibt den Vorgang der axialen Bewegung der Schaltmuffe
Der erste Schaltvorgang wird durch den elektromagnetischen Aktuator
Ein zweiter Schaltvorgang beschreibt den Vorgang der axialen Bewegung der Schalmuffe
Der zweite Schaltvorgang wird durch den elektromagnetischen Aktuator
Der Halte- und Entriegelungsmechanismus
Das erste elastische Element
Die Federkraft der Druckfeder
Das Halteelement
Das Halteelement
Das Entriegelungselement
Das Entriegelungselement
Das Entriegelungselement
Wird die erste Spule des bidirektional wirksamen elektromagnetischen Aktuators
Der dritte Kulissenabschnitt
Durch die Rotation des ersten Wellenelements
Durch den Eingriff des Stellelements
Die axiale Bewegung der Schaltmuffe
Über die Ausbildung der Schrägscheibe
Zum Lösen der zweiten Schaltstellung der Schaltmuffe
Das Stellelement
Um auch bei stillstehendem, d. h. nicht rotierendem, ersten Wellenelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Aktuatoranordnungactuator
- 22
- Schaltelementswitching element
- 2'2 '
- Schaltmuffeshift sleeve
- 33
- Erstes WellenelementFirst shaft element
- 44
- Zweites WellenelementSecond shaft element
- 55
- Aktuatoractuator
- 66
- AktuatormittelpositionAktuatormittelposition
- 77
- Erste AktuatorpositionFirst actuator position
- 88th
- Zweite AktuatorpositionSecond actuator position
- 99
- Halte- und EntriegelungsmechanismusHolding and unlocking mechanism
- 1010
- Stellelementactuator
- 1111
- Erster EingriffsfortsatzFirst interventional process
- 1212
- Zweiter EingriffsfortsatzSecond interventional process
- 1313
- Erstes elastisches ElementFirst elastic element
- 13'13 '
- Druckfedercompression spring
- 1414
- Halteelementretaining element
- 1515
- Zweites elastisches ElementSecond elastic element
- 15'15 '
- Federzungenspring tongues
- 1616
- Entriegelungselementunlocking
- 1717
- Erster Kulissenabschnitt (des Entriegelungselements)First gate section (of the unlocking element)
- 1818
- Zweiter Kulissenabschnitt (des Entriegelungselements)Second gate section (of the unlocking element)
- 18'18 '
- Zahnprofiltooth profile
- 1919
- Dritter Kulissenabschnitt (des Schaltelements)Third gate section (of the switching element)
- 19'19 '
- Schrägscheibeswash plate
- 2020
- Mitnahmeverzahnungengaging gears
- 2121
- Längsachse (des ersten Wellenelements)Longitudinal axis (of the first shaft element)
- 2222
- Anschlagattack
- 22'22 '
- EinstellscheibeFocusing
- 2323
- Verbindungsbereich (von erstem und zweitem Wellenelement)Connection area (of first and second shaft element)
- 2424
- Abgeschrägte FlächeBeveled surface
- 2525
- FedertaschePencil Case
- 2626
- Fasechamfer
- 2828
- Ankeranchor
- 2929
- Dämpfungselementdamping element
- 3030
- Schiebemuffesliding sleeve
- 3131
- SchiebemuffenverzahnungSliding sleeve toothing
- 3333
- Koppelelementcoupling element
- 3434
- Bohrungendrilling
Claims (13)
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