DE102016222863A1

DE102016222863A1 - Absolutwegmesseinrichtung für einen Spindelaktor eines Betätigungsaktors

Info

Publication number: DE102016222863A1
Application number: DE102016222863.3A
Authority: DE
Inventors: Lászlo Mán; Peter Greb
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absolutwegmesseinrichtung für einen Spindelaktor eines Betätigungsaktors, wobei die Absolutwegmesseinrichtung zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – ein Rotorelement, welches für den Betrieb eines Spindelaktors mit einem Rotor einer rotatorischen Antriebseinheit rotationsfest verbunden ist; – ein von dem Rotorelement angetriebenes erstes Messrad; – ein zweites Messrad, welches vom ersten Messrad mit einer von eins unterschiedlichen Übersetzung angetrieben ist, wobei die Messräder jeweils eine auslesbare Kennzeichnung der jeweiligen Drehstellung aufweisen. Die Absolutwegmesseinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eines der Messräder als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das jeweils andere Messrad radial innerhalb des Hohlrads angeordnet ist. Mit der hier vorgeschlagenen Absolutwegmesseinrichtung ist auf geringem Bauraum in jedem Zustand die Absolutweglage eines Geberkolbens auslesbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Absolutwegmesseinrichtung für einen Spindelaktor eines Betätigungsaktors, einen Spindelaktor für einen Betätigungsaktor, einen hydrostatischen und einen mechanischen Betätigungsaktor für eine Reibkupplung, eine Reibkupplung mit einer Kupplungsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Verbraucher und einen Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind Spindelaktoren für hydrostatische Betätigungsaktoren bekannt, insbesondere für eine Betätigungseinrichtung einer Reibkupplung eines Kraftfahrzeugs. Solche hydrostatischen Betätigungsaktoren werden auch als hydrostatische Gebereinheiten bezeichnet. Zum Beispiel sind hydrostatische Betätigungsaktoren als Kupplungsaktoren zum hydraulischen Betätigen einer Reibkupplung bekannt, welche hierfür den Geberzylinder eines hydrostatischen Betätigungssystems umfassen. Bei einem hydrostatischen Betätigungsaktor ist in der Regel ein Geberzylinder zur Aufnahme einer hydraulischen Flüssigkeit vorgesehen, wobei das Aufnahmevolumen mittels eines Geberkolbens veränderbar ist. Der Geberkolben wird in dem Geberzylinder translatorisch bewegt, sodass das Aufnahmevolumen des Geberzylinders verändert wird. Eine damit kommunizierend verbundene hydrostatische Nehmereinheit mit einem Aufnahmevolumen in einem Nehmerzylinder mit einem bewegbaren Nehmerkolben erfährt dadurch eine entsprechend umgekehrte Veränderung des Aufnahmevolumens.
Zum Steuern der Volumenänderung in dem hydrostatischen Betätigungsaktor wird bevorzugt ein rotatorischer, bevorzugt elektrischer, Antrieb verwendet und die rotatorische Bewegung mittels eines Spindeltriebs in eine translatorische Bewegung des Geberkolbens übersetzt. In einer ersten Variante wird eine rotatorisch fixierte Spindelmutter mittels einer Antriebsspindel translatorisch bewegt. Hierzu wird beispielsweise auf die DE 10 2010 047 801 A1 verwiesen. Eine zweite Variante ist aus der WO 2011/050 766 A1 bekannt, bei welcher in einem Geberzylinder ein Geberkolben angeordnet ist, welcher mit einer Antriebsspindel translatorisch fixiert ist, wobei der rotatorische Antrieb, darin mittels eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes (S-PWG), diese Rotation in eine translatorische Bewegung der Antriebsspindel und damit des Geberkolbens übersetzt wird.
Um die Lage des Linearaktorelements, zum Beispiel in der ersten Variante einer Spindelmutter oder in der zweiten Variante einer Antriebsspindel, zu steuern beziehungsweise zu regeln, wird im Stand der Technik beispielsweise ein translatorischer Absolutwegsensor zur Messung der translatorischen Absolutweglage direkt an des Linearaktorelements eingesetzt. Solch ein Absolutwegsensor kann durch direkte (lineare) Messung im Betrieb zu jedem Zeitpunkt eindeutig feststellen, an welcher Position sich das Linearaktorelement befindet, ohne dass hierzu eine weitere Referenz benötigt wird. Der Absolutwegsensor ist teuer und zudem meist nur räumlich getrennt von der Messelektronik und daher oftmals über bauraumintensive zusätzliche Steckverbindungen und/oder aufwendigere Kapselungen in einen Spindelaktor integrierbar. Darüber hinaus ist die Anbindung der Sensoren oft vibrationsanfällig und die Montage aufwendig.
Weiterhin ist eine Konfiguration bekannt, bei welcher lediglich ein Rotorlagesensor (oder Winkelsensor) vorgesehen ist. Hierbei wird auf der Ebene der Ausleseelektronik beziehungsweise der Auswerteelektronik inkrementell durch Zählen jeder vollständigen Umdrehung des rotatorischen Antriebs und indirekt mittels Berechnens des geometrischen Zusammenhangs zwischen der Gewindesteigung und der relativen translatorischen Verschiebung zwischen Spindelmutter und Antriebsspindel auf die Position des Linearaktorelements geschlossen. Bei dieser Konfiguration ist es notwendig, zumindest einen Referenzanschlag oder einen Referenzsensor vorzusehen, bei welchem eine Nullposition definiert wird. Das bedeutet, dass bei einem (Speicher-)Verlust der Steuerung beziehungsweise bei einem Fehler beim Zählen der vollständigen Umdrehungen, und damit Verlust des Relativbezugs zum Referenzanschlag, der Referenzanschlag oder Referenzsensor angefahren werden muss. Dabei wird ein hoher Zeitverbrauch benötigt, insbesondere wegen eines meist notwendigen zusätzlichen Plausibilisierungsvorgangs. Der Plausibilisierungsvorgang ist zum Beispiel notwendig, um eine mögliche Schwergängigkeit oder andere Anschläge von dem Referenzanschlag sicher unterscheiden zu können. Nachteilig ist hierbei auch, dass die mechanischen Anforderungen an einen solchen Aktor besonders hoch sind, weil eine hohe Laufgüte und eine hohe Anschlagfestigkeit für den Referenzanschlag benötigt werden.
Weiterhin sind indirekt auslesende Systeme bekannt, bei welchen angetriebene Messwellen zum Auslesen genutzt werden. Solche Systeme können derart eingerichtet werden, dass kein Referenzanschlag benötigt wird, weil jeder Winkelstellung, bevorzugt über den gesamten Verfahrweg des Linearaktorelements, ein eindeutiger Messwert zugeordnet ist. Insbesondere bei Spindelaktoren, bei welchen ein zentrales Bauteil (zum Beispiel eine translatorisch bewegte Antriebsspindel) es verhindert, dass ein zentraler mit dem Rotor mitlaufender Messmagnet angeordnet wird, wird bisher zumindest eine mechanisch verbundene außerachsige Messwelle eingesetzt. Dadurch werden Ungenauigkeiten der mechanischen Übertragung, zum Beispiel mittels Zahnräder, in Kauf genommen und/oder es sind eine hohe Fertigungspräzision und Montagepräzision erforderlich.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Absolutwegmesseinrichtung für einen Spindelaktor eines Betätigungsaktors, wobei die Absolutwegmesseinrichtung zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– ein Rotorelement, welches für den Betrieb eines Spindelaktors mit einem Rotor einer rotatorischen Antriebseinheit rotationsfest verbunden ist;
– ein von dem Rotorelement angetriebenes erstes Messrad;
– ein zweites Messrad, welches vom ersten Messrad mit einer von eins unterschiedlichen Übersetzung angetrieben ist,

Die Absolutwegmesseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Lage eines Aktorelements, also zum Beispiel des Geberkolbens eines hydrostatischen Betätigungsaktors oder eines mechanischen Betätigungsaktors, über die gesamte Erstreckung des Verfahrwegs, beziehungsweise Betätigungswegs, eindeutig erfassen zu können. Hierzu ist keine direkte Messung des Weges des Aktorelements notwendig. Ein mechanischer Betätigungsaktor umfasst ein Betätigungspleuel, welches translatorisch, und gegebenenfalls verkippbar, bewegbar ist. Mittels des Betätigungspleuels ist in einer Ausführungsform eine Betätigungseinrichtung, zum Beispiel ein Kolben zur Betätigung einer Tellerfeder, einer Reibkupplung direkt betätigbar. Alternativ ist ein weiteres Übertragungssystem, zum Beispiel ein hydrostatisches Geber-Nehmer-System, zwischengeschaltet. Ein hydrostatischer Betätigungsaktor umfasst einen Geberkolben in einem Geberzylinder, mittels dessen eine hydraulische Flüssigkeit im Geberzylinder verdrängbar beziehungsweise ansaugbar ist. Der Geberzylinder ist kommunizierend mit einem Nehmerzylinder verbindbar, sodass ein darin geführter Nehmerkolben mittels des Geberkolbens korrespondierend bewegbar ist.
Die hier vorgeschlagene Absolutwegmesseinrichtung ist besonders für einen Spindelaktor geeignet, bei welchem die Spindel rotatorisch fixiert ist, beispielsweise über eine schienenartige Spindelführung. Diese Spindel ist mittels eines Rotors axial bewegbar, welcher mithilfe einer translatorisch fixierten steigungstreuen Spindelmutter in das Spindelgewinde eingreift. Besonders bevorzugt ist die Spindelmutter ein sogenanntes steigungstreues Planetenwälzgetriebe (S-PWG) oder ein steigungstreuer Kugelgewindetrieb (KGT). Eine Spindelmutter weist in einer Ausführungsform eine Übersetzung zwischen dem Rotor und der Spindel auf, welche ungleich eins ist. Wird im Folgenden auf die Umdrehung der Spindelmutter abgestellt, so ist die spindelseitige, also auf die Spindel direkt einwirkende, Umdrehung gemeint, wobei zugleich die übersetzende Spindelmutter mit dem Rotor rotatorisch fixiert ist, also rotorseitig keine von eins abweichende Übersetzung vorliegt. Bevorzugt ist die Übersetzung zwischen Rotor und Spindel gleich eins. Die Steigungstreue beschreibt hierbei, dass die Relativbewegung zwischen der Spindelmutter und der Spindel in einem eindeutigen und ohne unbekannte Abweichungen reproduzierbaren Zusammenhang steht. Bei einer besonders einfachen Spindel ist die Gewindesteigung konstant und die Steigungstreue bewirkt, dass die translatorische Relativbewegung der Spindel nach einer vollen Umdrehung (360°) des Rotors beziehungsweise der Spindelmutter jeweils exakt der konstanten Gewindesteigung entspricht. Die hier vorgeschlagene Absolutwegmesseinrichtung ist auch für die Variante mit einer axial fixierten Spindel und einer axial bewegbaren Spindelmutter verwendbar. Zum Erfassen der translatorischen Bewegung der Spindel beziehungsweise der Spindelmutter ist es also ausreichend, die rotatorische Bewegung des Rotors und/oder der axial fixierten Spindel beziehungsweise der axial fixierten Spindelmutter zu erfassen.
Hierzu sind ein erstes Messrad und ein zweites Messrad vorgesehen, wobei das erste Messrad in fester Übersetzung mit dem Rotorelement mitdreht. Das Rotorelement ist im betriebsgemäßen Zusammenbau mit dem Rotor fest verbunden und somit dreht das erste Messrad mit dem Rotor in fester Übersetzung mit. Das erste Messrad ist im Zusammenbau direkt oder indirekt von dem Rotor angetrieben. Bei einer indirekten Übersetzung sind Zwischenelemente wie Räder, Zahnräder und/oder Riemen vorgesehen. Weiterhin ist das zweite Messrad derart eingerichtet, dass es direkt oder indirekt angetrieben mit dem ersten Messrad und somit auch mit dem Rotor(-element) in fester Übersetzung mitdreht. Besonders bevorzugt wird das zweite Messrad direkt von dem ersten Messrad angetrieben. Die feste Übersetzung zwischen dem ersten Messrad und dem zweiten Messrad ist ungleich eins, bevorzugt nahe bei eins mit einer möglichst großen Teilung über die gesamte Länge des Verfahrwegs des Aktorelements, zum Beispiel des Geberkolbens beziehungsweise des Betätigungspleuels.
In Hinsicht der Messung und des Bauraums ist es vorteilhaft, eine Übersetzung einzurichten, die nahe bei eins liegt. Zur Auslegung ist hierzu die folgende Formel geeignet:
für: Ψ(x) = 2πx φ(x) = ∓2πx(m + 1 / N) + α₀ = ∓ψ(x)(m + 1 / N) + α₀
Während ψ die Winkelstellung des ersten Messrads beschreibt, beschreibt φ hierbei die Winkelstellung des zweiten Messrads. x in ganzzahligen Abständen entspricht einer vollen Umdrehung des ersten Messrads. In der Regel wird der Anfangswinkel als Nullposition oder Anfangsposition am Anfang des maximalen Verfahrwegs mit x₀ = 0 und die Endposition beim Ende des maximalen Verfahrwegs der Spindel ist als x_max gesetzt. Bei jeder vollen Umdrehung (2π) des ersten Messrads durchläuft das zweite Messrad in der gleichen Zeit einen größeren oder geringeren Winkelbetrag als 360°. Die Drehstellung ist bei zum Beispiel indirekter gegenläufiger Radübersetzung entgegengesetzt, also negativ. Dieser Zusammenhang ist durch den Faktor aus der Summe aus einer ersten Ganzzahl (Modulor m ∊
-Element der ganzen Zahlen mit Null, also: ..., –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, ...) und dem Kehrwert einer zweiten Ganzzahl (N ∊
-Element der ganzen Zahlen ohne Null, also: ..., –3, –2, –1, 1, 2, 3, ...) beschrieben. Hierbei ist die zweite Ganzzahl (N) bevorzugt dem Betrag nach größer als die Gesamtanzahl der Umdrehungen des Rotors über den maximalen translatorischen Verfahrweg der Spindel beziehungsweise der Spindelmutter, bevorzugt um eins größer oder kleiner als die Gesamtanzahl der Umdrehungen. Der Winkel α₀ repräsentiert einen eventuell vorliegenden Phasenversatz der Nullposition des zweiten Messrads gegenüber dem ersten Messrad und ist grundsätzlich ein beliebiger Winkel; dieser kann zum Beispiel fertigungsbedingt festgelegt werden. In den folgenden Beispielen wird dieser Phasenversatz der Einfachheit halber als α₀ = 0 gesetzt.
Für eine besonders bauraumgünstige Konfiguration läuft die zweite Messwelle mit einer wenig aufwendigen Übersetzungseinrichtung nur leicht nach oder vor, also wird dafür der Modulor m = 1 gesetzt.
Mit einer Übersetzung gemäß der vorangehenden Beschreibung ist infolge des oben beschriebenen Zusammenhangs zwischen der ersten Winkelstellung ψ(x) des ersten Messrads und der zweiten Winkelstellung φ(x) des zweiten Messrads die zweite Kennzeichnung über den gesamten Verfahrweg der Spindel bei jedem (unterschiedlichen) Gangwechsel stets an einer anderen Winkelposition als die erste Kennzeichnung. Besonders bevorzugt sind das erste Messrad und das zweite Messrad über den gesamten Verfahrweg bei beliebigen Zwischenverfahrpositionen der Spindel immer in unterschiedlichen beziehungsweise messtechnisch unterscheidbaren Winkelkonstellationen zueinander angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind die Kennzeichnungen allein bei einem Gangwechsel in unterschiedlichen beziehungsweise messtechnisch unterscheidbaren Winkelkonstellationen zueinander angeordnet.
Besonders günstiger Weise für möglichst große Abstände zwischen den einzelnen Winkelstellungen des zweiten Messrads bei den jeweiligen Gangwechseln ist m = 1 und N = G + 1 gesetzt, wobei G die Anzahl der Gewindegänge ist, also mit x₀ = 0 ist x_max = G. Es sind aber auch deutlich schnellere und deutlich langsamere Übersetzungen gemäß diesem Zusammenhang möglich. Mit beispielsweise 32 Gewindegängen der Spindel wird die zweite Ganzzahl (N) demnach auf 33 gesetzt. Erst beim theoretisch 33ten Gewindegang ist der Faktor der Periodizität des zweiten Messrads wieder ganzzahlig: (x_max + 1)( 1 / N) = (G + 1)( 1 / G + 1) = 1
Und erst damit würde sich eine doppelte Winkelkonstellation (wie beim nullten Gewindegang) der beiden Messräder wiederholen, jedoch weist die Spindel keinen 33ten Gewindegang auf.
Das erste Messrad und das zweite Messrad weisen jeweils eine Kennzeichnung auf, welche eine feste Ausrichtung zu dem jeweiligen Messrad aufweist. Die jeweilige Kennzeichnung ist von einer entsprechenden Messeinrichtung automatisiert auslesbar. Hierdurch ist die Winkelstellung des jeweiligen Messrads mit der bekannten festen Ausrichtung der Kennzeichnung von einem jeweiligen Winkelsensor erfassbar. Beispielsweise wird bei zumindest einem Messrad eine Magnetanordnung zur Kennzeichnung vorgesehen und deren magnetische Flussdichte zur Erfassung der Winkelstellung genutzt. Die magnetische Flussdichte verändert sich bezogen auf einen festen Ort, an welchem der zugehörige Winkelsensor angeordnet ist, mit der Winkelstellung des betreffenden Messrads. Mittels verschiedener vorbekannter Winkelsensoren ist die Änderung leicht als elektronische Messgröße erfassbar.
Die erfasste Winkelkonstellation der beiden Messräder ist über die gesamte Länge des Verfahrwegs des Aktorelements stets unterschiedlich und erlaubt so einen regelungstechnisch automatisiert erfassbaren Rückschluss auf die absolute translatorische Lage des Aktorelements. Hier wird nun vorgeschlagen, eines der Messräder als Hohlrad auszuführen, wobei das jeweils andere Messrad als Antriebsrad im Inneren des Hohlrads angeordnet ist. Um die geeignete Übersetzung zu erreichen, die von eins unterschiedlich ist, ist die Umlauflänge der beiden Messräder unterschiedlich, sodass das Hohlrad zum Antriebsrad exzentrisch angeordnet ist. Die Exzentrik der beiden Messräder ist fixiert, und läuft also bei einer Umdrehung des Rotorelements nicht mit. Besonders bevorzugt sind der Innenradius des Hohlrads nur um so viel größer als der Außenradius des Antriebsrads, dass eine Relativbewegung zwischen dem Hohlrad und dem Antriebsrad ermöglicht ist.
Infolge der Anordnung des ersten Messrads und des zweiten Messrads beim Rotor der Antriebseinheit ist ein besonders platzsparender Aufbau möglich, wobei zugleich ein präzises und sicheres Auslesen Absolutwinkellage möglich ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Absolutwegmesseinrichtung ist das Hohlrad vom zweiten Messrad gebildet.
In dieser Konfiguration ist eine besonders platzsparende Ausführungsform möglich, indem das angetriebene zweite Messrad das zur Spindelachse exzentrisch angeordnete Hohlrad bildet und somit am Außenumfang des Hohlrads die exzentrische Umfangslagerung einrichtbar ist. Besonders bevorzugt ist das Hohlrad direkt an der Statorumspritzung der elektrischen Antriebseinheit des Spindelaktors gelagert. Hierdurch können insbesondere bei großen Stückzahlen Kosten eingespart werden und zudem wird die Montage der Absolutwegmesseinrichtung am Spindelaktor vereinfacht und sicher gestaltet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Absolutwegmesseinrichtung ist das erste Messrad mit dem Rotorelement fest verbunden, bevorzugt mit diesem einstückig ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform werden Ungenauigkeiten infolge von Spiel in einem Übersetzungsantrieb, insbesondere bei der einstückigen Ausbildung, vermieden. Besonders bevorzugt wird das zweite Messrad dabei direkt von dem ersten Messrad angetrieben. Hierdurch werden weitere Ungenauigkeiten infolge der direkten Übertragung vom ersten Messrad auf das zweite Messrad vermieden. Besonders bevorzugt ist hierbei das zweite Messrad das Hohlrad.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Absolutwegmesseinrichtung weist das erste Messrad eine erste Kennzeichnung und das zweite Messrad eine zweite Kennzeichnung auf und die jeweilige auslesbare Kennzeichnung ist mittels einer der folgenden Vorrichtungen gebildet:

– eine optische Strichkodierung;
eine induktive Strichkodierung;
– eine magnetische Positionskodierung; und
– einen Ringmagnet,

Die optische Strichkodierung ist zum optischen Auslesen der Winkelstellung eingerichtet, wobei zumindest zwei verschiedene Strichtypen, zum Beispiel ein dunkler und ein heller Strich, in jeweils zueinander benachbart umfänglich angeordnet sind, welche optisch, zum Beispiel durch unterschiedliche Reflektionen, automatisiert unterscheidbar sind. Die induktive Strichkodierung weist das gleiche Grundprinzip auf, wobei hier die zumindest zwei verschiedenen Strichtypen ein induktives Feld unterscheidbar unterschiedlich beeinflussen, sodass dies von einer Induktivmesseinrichtung erfassbar ist. Eine magnetische Positionskodierung ist beispielsweise über eine Mehrzahl von Magneten, welche über den Umfang verteilt sind, eingerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Magnete vorgesehen, welche um zum Beispiel 180° voneinander am Umfang beabstandet sind und jeweils entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind, sodass zum Beispiel bei einem ersten Magneten der Nordpol und von dem zweiten Magneten der Südpol von der Messeinrichtung erfasst wird. Beim Ringmagnet wird ein vergleichbarer Effekt erzielt, indem der Nordpol vom Südpol um 180° am Umfang beabstandet ist. Der Ringmagnet ist hierbei in der Regel bei ausreichender Feldstärke bauraumsparender umzusetzen als die magnetische Positionskodierung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei zueinander störungsfreie Prinzipien eingesetzt, sodass ein bauraumsparender Aufbau ermöglicht ist, ohne dass hierzu ein großer Messaufwand notwendig ist. Besonders bevorzugt weist das Antriebsrad einen Ringmagnet auf und das Hohlrad eine optische oder induktive Strichcodierung. Hierbei wird ausgenutzt, dass für die Strichcodierung eine möglichst große Umfangslänge erwünscht ist, die in dieser Ausführungsform beim Hohlrad maximal ist. Darüber hinaus ist die Präzision der Messung der Winkelstellung des Ringmagnets hauptsächlich von der Messposition der Messeinrichtung abhängig, weil das Magnetfeld sich über die radiale Erstreckung des Ringmagnets hinaus erstreckt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Absolutwegmesseinrichtung sind die Messräder als Zahnräder ausgebildet.
Für eine sichere und für die meisten Anwendungsfälle ausreichend genaue Übersetzung zwischen dem ersten Messrad und dem zweiten Messrad ist es vorteilhaft, die Messräder als ineinandergreifende Zahnräder auszuführen. Hierdurch ist ein relatives Verrutschen zueinander ausgeschlossen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Spindelaktor für einen Betätigungsaktor vorgeschlagen, wobei der Spindelaktor zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– eine elektrische Antriebseinheit, umfassend einen Stator und einen Rotor;
– eine Spindel mit einer Spindelachse, welche mittels des Rotors antreibbar ist;
– eine Absolutwegmesseinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, welche mittels des Rotorelements mit dem Rotor verbunden ist und mittels welcher die Absolutwinkellage des Rotors erfassbar ist;
– eine Messeinrichtung zum Erfassen der Kennzeichnungen der Absolutwegmesseinrichtung;
– eine Steuerungselektronik, mittels welcher die Spindel auf Basis der Messungen der Messeinrichtung gesteuert bewegbar ist.

Der Spindelaktor weist eine Spindel auf, welche über eine Mehrzahl von Gewindegängen mit einer definierten, also bekannten, Gewindesteigung eine translatorische Bewegung infolge der Drehung einer antreibenden Spindelmutter ausführt oder eine durch die Spindel angetriebene Spindelmutter entlang der Spindelachse bewegt. Die Spindelmutter ist in der ersten Variante fest mit dem Rotor der rotatorischen Antriebseinheit verbunden und die Spindel ist translatorisch fest mit einem Aktorelement, zum Beispiel einem Geberkolben oder (gelenkig) einem Betätigungspleuel, verbunden. In der zweiten Variante ist die Spindel mit dem Rotor rotatorisch fest verbunden und die Spindelmutter ist translatorisch fest mit einem Aktorelement verbunden. Es besteht also in beiden Varianten ein klarer geometrischer Zusammenhang zwischen einer rotatorischen Bewegung des Rotors und der translatorischen Bewegung des Aktorelements beziehungsweise eines vorliegenden Gewindegangs und der translatorischen, beziehungsweise axialen, (Absolutweg-)Lage der Spindel beziehungsweise der Spindelmutter. Das Aktorelement ist dabei mittels der Spindel zwischen einer Anfangsstellung und einer Endstellung entlang eines vorbestimmten maximalen Verfahrwegs axial hin und her bewegbar. Auf diesen maximalen Verfahrweg ist eine feste Übersetzung zwischen dem Rotor und erstem und zweitem Messrad derart eingerichtet, dass das zweite Messrad über eine vollständige Umdrehung des Rotors bei jedem Gangwechsel jeweils in einem anderen Winkel im Vergleich zu allen anderen Gangwechseln ausgerichtet ist. Ein Gangwechsel wird bei einer vorbestimmten Winkelstellung des ersten Messrads und des Rotors definiert und wiederholt sich also nach jeder vollen Umdrehung des Rotors. Bevorzugt sind das erste Messrad und der Rotor rotatorisch fest oder einstückig miteinander verbunden, sodass die Winkelstellung des ersten Messrads mit der Winkelstellung des Rotors identisch ist. Daraus folgend wird das Aktorelement bei einer vollen Umdrehung des Rotors axial um den Betrag der Gewindesteigung beziehungsweise bei einer übersetzenden Spindelmutter um ein übersetzungsgemäß Vielfaches der Gewindesteigung fortbewegt. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass in bevorzugten Ausführungsformen mit der oben beschriebenen Anordnung auch Zwischenstellungen der Spindel zwischen den Gangwechseln absolut eindeutig auslesbar sind.
Das zweite Messrad ist wie oben beschrieben mittels einer solchen festen Übersetzung verbunden, die eine unterschiedliche Periodizität bewirkt. Das bedeutet, dass das zweite Messrad eine volle Umdrehung entweder schneller oder langsamer durchläuft als das erste Messrad. Diese Übersetzung ist dabei bevorzugt derart eingerichtet, dass über den gesamten Verfahrweg des Aktorelements, zum Beispiel des Geberkolbens oder des Betätigungspleuels, das zweite Messrad zum Zeitpunkt eines Gangwechsels an der Spindel nie an der gleichen Winkelstellung wie bei einem anderen Gangwechsel steht. Es wird für Details möglicher Ausführungsformen insoweit auf die vorangehenden Erläuterungen verwiesen. Infolge dieser definierten abweichenden Periodizität ist mit einer erfassten zweiten Winkelstellung des zweiten Messrads und einer erfassten ersten Winkelstellung des ersten Messrads der anliegende Gewindegang, also die translatorische (axiale) Absolutweglage des Aktorelements, eindeutig bestimmbar und die rotatorische Antriebseinheit, bevorzugt eine elektrische Antriebseinheit, zum Beispiel ein Servomotor, direkt mit dieser Messgröße steuerbar und/oder regelbar, bevorzugt entsprechend einer vorgegebenen Stellgröße direkt kommutierbar.
Die Messeinrichtung zum Erfassen der Kennzeichnungen der Messräder ist auf Sensoren mit geringer Baugröße reduzierbar, welche auch bei bevorzugt unterschiedlichen Prinzipien der Kennzeichnung in der gleichen Technologie fertigbar sind und daher auf einer gemeinsamen Platine aufgebracht werden können. Die zugehörige Steuerungselektronik, mittels welcher die Spindel auf Basis der Messungen der Messeinrichtung gesteuert bewegbar ist, ist bevorzugt ebenfalls in die Platine integriert oder in einer zentralen Recheneinheit, zum Beispiel eines Kraftfahrzeug, untergebracht. In einer einfachsten Version umfasst die Steuerungselektronik die Solleingabe und die Regelungsgröße, welche von der Messeinrichtung bereitgestellt wird. Alternativ werden weitere Kenngrößen und/oder Servoeigenschaften berücksichtigt, bei denen ein Eingabewunsch ermittelt und umgesetzt wird anstatt die tatsächliche Eingabe des Nutzers unbearbeitet als Stellgröße auszugeben. Zum Beispiel wird dann eine zu schnelle Einkuppelvorgabe des Nutzers in einen möglichst schnellen aber verschleißarmen Einkuppelvorgang umgesetzt.
Hierbei ist eine sehr kleine Baugröße der Absolutwegmesseinrichtung umsetzbar, mit zugleich einer einfachen und wenig fehleranfälligen Messelektronik. Darüber hinaus ist die Absolutweglage des Aktorelements in jeder Winkelstellung des ersten Messrads jederzeit ohne Speicheraufwand ermittelbar, sofern über den gesamten Verfahrweg, bevorzugt nach der obigen Vorgabe, keine doppelte Konstellation der Winkelstellungen der ersten Messwelle und der zweiten Messwelle auftritt. Somit muss die Spindel nicht in eine andere Absolutweglage überführt werden, um die vorliegende Absolutweglage (exakt) bestimmen zu können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Spindelaktors weist der Stator eine Statorumspritzung auf und das zweite Messrad ist an der Statorumspritzung gelagert.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Statorumspritzung genutzt, um zugleich ein Lager für das zweite Messrad zu bilden. Besonders bevorzugt ist das zweite Messrad hierbei als Hohlrad ausgeführt und die Statorumspritzung bildet eine exzentrische Umfangslagerung für das Hohlrad. Für eine reibungsarme Relativbewegung zwischen dem zweiten Messrad und der Statorumspritzung sind bevorzugt geeignete Materialpaarungen ausgewählt, die in direktem Kontakt miteinander einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen beziehungsweise bei einer Relativbewegung Schmiereigenschaften aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Spindelaktor ist die Spindel rotatorisch fixiert und mittels einer Spindelmutter axial bewegbar, wobei die Spindelmutter bevorzugt ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe zum Übertragen der Drehung auf die Spindel umfasst, und die Messräder um die Spindelachse herum angeordnet sind, wobei bevorzugt das erste Messrad konzentrisch und das zweite Messrad exzentrisch zur Spindelachse angeordnet sind.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird ausgenutzt, dass die Anordnung der Messräder es erlaubt eine zentrale Durchführung auszubilden, durch welche die axial bewegte Spindel hindurch fahren kann. Somit ist es möglich, eine kompakte Bauweise umzusetzen, wobei zugleich ein sicheres Auslesen der Winkelstellungen der Messräder und somit der Absolutwinkellage des Rotors zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist hierbei auch die entsprechende Messeinrichtung mit einer zentralen Durchführung ausgebildet. Somit ist sowohl die Absolutwegmesseinrichtung als auch die auslesende Messeinrichtung axial nahe bei der Antriebseinheit anordenbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein hydrostatischer Betätigungsaktor für eine Reibkupplung vorgeschlagen, wobei der hydrostatische Betätigungsaktor zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– einen Spindelaktor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
– einen Geberkolben, welcher von der Spindel zur translatorischen Bewegung antreibbar ist, und bevorzugt mit einer rotatorisch fixierten und axial bewegbaren Spindel fest verbunden ist;
– einen Geberzylinder zur Aufnahme des Geberkolbens und einer hydrostatischen Flüssigkeit, wobei der Geberzylinder mittels der hydraulischen Flüssigkeit kommunizierend mit einem Nehmerzylinder verbindbar ist, wobei bevorzugt die Messeinrichtung und die Steuerungselektronik auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind, bevorzugt zur endseitigen Anordnung beim Rotor vom Geberkolben gesehen hinter der elektrischen Antriebseinheit.

Die Spindel des Spindelaktors ist hierbei mittels der rotatorischen Antriebseinheit, zum Beispiel eines Servomotors, antreibbar und die rotatorische Antriebseinheit wird mittels der Messung der ersten Winkelstellung des ersten Messrads und der zweiten Winkelstellung des zweiten Messrads gemäß der obigen Beschreibung als Regelgröße gesteuert. Die Spindel in der ersten Variante oder die Spindelmutter in der zweiten Variante ist dabei fest mit einem Geberkolben verbunden. Der Geberkolben führt somit eine translatorische Bewegung entlang der Spindelachse aus, indem mittels der Gewindesteigung der Gewindegänge der Spindel im Zusammenspiel mit der Spindelmutter der Geberkolben entlang der Spindelachse axial verschoben wird. Somit ist eine hydraulische Flüssigkeit in dem Geberzylinder mittels des Geberkolbens verdrängbar beziehungsweise ansaugbar, sodass ein hiermit kommunizierend verbundener Nehmerzylinder steuerbar ist und eine Kraft vom Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragbar ist. Ganz besonders bevorzugt ist hiermit eine schnelle und exakte Betätigung des Geberkolbens beziehungsweise des Nehmerkolbens möglich, wie sie zum Beispiel beim Betätigen eines Reibpakets einer Reibkupplung benötigt wird. Zudem sind hohe Kräfte, die zum Beispiel zum Anpressen einer Reibkupplung notwendig sind, erzeugbar.
Bei den vorbekannten Einrichtungen zum Erfassen der Absolutweglage des Geberkolbens ist es notwendig, zumindest einen zusätzlichen Sensor oder Anschlag vorzusehen, welcher im Bereich des Verfahrwegs der Spindel angeordnet ist. Alternativ ist gemäß dem Stand der Technik ein aufwändiges und gegebenenfalls langsames Kalibrierungsverfahren notwendig. Hier ist es nun möglich, die gesamte Messanordnung endseitig, also außerhalb des Bereichs des Verfahrwegs der Spindel, anzuordnen, wobei sogar die gesamte Messelektronik, und bevorzugt auch die Steuerelektronik, zusammengefasst auf einer einzigen Platine endseitig, und gegebenenfalls als separates Bauteil, anordenbar ist. Besonders bevorzugt sind das erste Messrad und das zweite Messrad vom Geberkolben aus betrachtet hinter den rotatorischen Lagern für die Spindelmutter beziehungsweise für die Spindel, bevorzugt hinter der rotatorischen Antriebseinheit, angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein mechanischer Betätigungsaktor für eine Reibkupplung vorgeschlagen, wobei der mechanische Betätigungsaktor zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– einen Spindelaktor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung;
– ein Betätigungspleuel, welches mittels der Spindel zur translatorischen Bewegung antreibbar ist, bevorzugt mit einer rotatorisch fixierten und axial bewegbaren Spindel direkt verbunden ist,

Die Spindel des Spindelaktors ist hierbei mittels der rotatorischen Antriebseinheit, zum Beispiel eines Servomotors, antreibbar und die rotatorische Antriebseinheit wird mittels der Messung der ersten Winkelstellung des ersten Messrads und der zweiten Winkelstellung des zweiten Messrads gemäß der obigen Beschreibung als Regelgröße gesteuert. Die Spindel in der ersten Variante oder die Spindelmutter in der zweiten Variante ist, bevorzugt direkt, mit einem Betätigungspleuel verbunden. Das Betätigungspleuel ist dadurch translatorisch gesteuert antreibbar. Für manche Anwendungsfälle ist das Betätigungspleuel dazu eingerichtet, bei der translatorischen Bewegung eine Verkippung auszuführen. Dies ist insbesondere für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich vorteilhaft. Das Betätigungspleuel ist in einer Ausführungsform direkt mit einer Betätigungseinrichtung, zum Beispiel einem Kolben zur Betätigung einer Tellerfeder, für eine Reibkupplung verbunden. Alternativ ist ein weiteres Übertragungssystem, zum Beispiel ein hydrostatisches Geber-Nehmer-System, zwischengeschaltet.
Ganz besonders bevorzugt ist hiermit eine schnelle und exakte Betätigung des Betätigungspleuels möglich, wie sie zum Beispiel beim Betätigen eines Reibpakets einer Reibkupplung benötigt wird. Zudem sind hohe Kräfte, die zum Beispiel zum Anpressen einer Reibkupplung notwendig sind, erzeugbar. Bei den vorbekannten Einrichtungen zum Erfassen der Absolutweglage des Betätigungspleuels ist es notwendig, zumindest einen zusätzlichen Sensor oder Anschlag vorzusehen, welcher im Bereich des Verfahrwegs der Spindel angeordnet ist. Alternativ ist gemäß dem Stand der Technik ein aufwändiges und gegebenenfalls langsames Kalibrierungsverfahren notwendig. Hier ist es nun möglich, die gesamte Messanordnung endseitig, also außerhalb des Bereichs des Verfahrwegs der Spindel, anzuordnen, wobei sogar die gesamte Messelektronik, und bevorzugt auch die Steuerelektronik, zusammengefasst auf einer einzigen Platine endseitig, und gegebenenfalls als separates Bauteil, anordenbar ist. Besonders bevorzugt sind das erste Messrad und das zweite Messrad vom Betätigungspleuel aus betrachtet hinter den rotatorischen Lagern für die Spindelmutter beziehungsweise für die Spindel, bevorzugt hinter der rotatorischen Antriebseinheit, angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Kupplungsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Verbraucher vorgeschlagen, wobei die Reibkupplung zumindest die folgenden Komponenten aufweist:

– zumindest ein Reibpaket mit zumindest einer Reibplatte und zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe, über welches im verpressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
– zumindest eine Betätigungseinrichtung zum Verpressen des zumindest einen Reibpakets; und
– zumindest ein Betätigungsaktor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum gesteuerten Betätigen der Betätigungseinrichtung.

Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment lösbar von einer Abtriebswelle auf einen Verbraucher und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das zumindest eine Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfeste, Anpressplatte aufweist, welche gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Infolge der Anpresskraft ergibt sich eine Reibkraft über die Reibfläche, welche multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt. Bei einer Doppelkupplung sind zwei separat betätigbare Reibpakete vorgesehen, welche jeweils mit einer eigenen Ausgangswelle, bevorzugt einer der Getriebewellen eines Doppelgetriebes, verbunden sind, sodass ein Drehmoment unterbrechungsfrei oder zumindest unterbrechungsarm über jeweils eine Ausgangswelle übertragbar ist.
Damit ein möglichst präziser Anpressvorgang für ein Reibpaket möglich ist, bei dem vor allem schnell und verschleißarm gekuppelt werden kann, ist eine Betätigung der Betätigungseinrichtung mittels des oben beschriebenen hydrostatischen oder mechanischen Betätigungsaktors besonders vorteilhaft. Damit ist in jeder Situation die Absolutweglage des Geberkolbens beziehungsweise des Betätigungspleuels bestimmbar und zugleich sehr genau einstellbar. Ganz besonders vorteilhaft ist der Aufbau dabei raumsparend, einfach montierbar, zuverlässig und verbraucht sehr wenig Energie zum Auslesen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung muss keine Bewegung des Geberkolbens beziehungsweise des Betätigungspleuels und eine damit zwangsläufig einhergehende Betätigungseingabe vorgenommen werden, um die Absolutweglage der Spindelmutter (exakt) zu bestimmen. Vielmehr lässt sich die Absolutweglage jederzeit und in jeder Lage bestimmen. Zudem ist in einer bevorzugten Ausführungsform lediglich eine exakte Zuordnung von den Winkelstellungen der Messräder zu einer (einzigen) Absolutweglage des Betätigungsaktor einzustellen, zum Beispiel mittels einer exakten Montage oder einer Initialkalibrierung, notwendig. Eine Kalibrierung weiterer Zusammenhänge ist nicht notwendig, sondern ausreichend genau vorhersagbar geometrisch festgelegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle und eine Reibkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung aufweist, wobei die Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung mittels der Reibkupplung lösbar mit zumindest einem Verbraucher verbindbar ist.
Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einem Antriebsaggregat, zum Beispiel einer Energiewandlungsmaschine, bevorzugt einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher lösbar, also zuschaltbar und abschaltbar, zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachte Trägheitsenergie umsetzbar. Das zumindest eine Antriebsrad bildet dann das Antriebsaggregat, wobei dessen Trägheitsenergie mittels der Reibkupplung auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also zur elektrischen Speicherung der Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Antriebsstrang übertragbar ist. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebsaggregaten vorgesehen, die mittels der Reibkupplung in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind, beziehungsweise deren Drehmoment jeweils lösbar zur Nutzung zur Verfügung stellbar ist. Beispiele sind Hybridantriebe aus Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine, aber auch Mehrzylindermotoren, bei denen einzelne Zylinder(-gruppen) zuschaltbar sind.
Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen beziehungsweise eine Übertragung zu trennen, ist die Verwendung der oben beschriebenen Reibkupplung besonders vorteilhaft, weil auch hohe übertragbare Drehmomente präzise und verschleißarm schaltbar sind. Zugleich ist die Absolutweglage des Aktorelements jederzeit auch nach einer Versorgungsunterbrechung der Messelektronik bestimmbar und insgesamt die Präzision der Betätigung hoch.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Kraftfahrzeug zumindest ein Antriebsrad aufweist, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt das Antriebsaggregat, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz einer Reibkupplung in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der oben beschriebene Antriebsstrang weist eine Reibkupplung beziehungsweise einen hydrostatischen Betätigungsaktor besonders geringer Baugröße auf. Zugleich ist jederzeit unabhängig von Versorgungsausfällen in der Messelektronik die absolute Lage des Aktorelements erfassbar.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
1: ein Spindelaktor mit Absolutwegmesseinrichtung im Schnitt;
2: eine geschnittene Absolutwegmesseinrichtung mit Rotor in räumlicher Darstellung;
3: eine Doppelkupplung mit hydrostatischem Betätigungsaktor;
4: eine Einfachkupplung mit mechanischem Betätigungsaktor; und
5: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
In 1 ist ein Spindelaktor 2 mit Absolutwegmesseinrichtung 1 im Schnitt gezeigt, wobei hier die erste Variante mit einer entlang der Spindelachse 19 beweglichen Spindel 18 dargestellt ist, welche mit einem hier zusätzlich dargestellten Geberkolben 26 fest verbunden ist. Der Geberkolben 26 ist hier in der maximal eingefahrenen Stellung gezeigt, bei welcher also das Aufnahmevolumen im Geberzylinder maximal ist. Hierdurch befindet sich die Spindel 18 gemäß der Darstellung maximal links am Endanschlag. In diesem Bereich ist weiterhin eine Spindelführung 56 vorgesehen, mittels der die Spindel 18 rotatorisch fixiert ist. Die Spindelmutter 23 zum Antreiben der Spindel 18 ist hierbei mit dem Rotor 5 der Antriebseinheit 6 axial fixiert und als steigungstreues Planetenwälzgetriebe 24 ausgeführt. Der Rotor 5 selbst ist ebenfalls axial fixiert zum Beispiel mittels des Rotorlagers 57. Hiermit ist ein reproduzierbare Zusammenhang zwischen der axialen Bewegung der Spindel 18 und der Rotation des Rotors 5 festgelegt. Der Rotor 5 wird von dem Stator 17 der Antriebseinheit 6 gesteuert in Rotation versetzt. Zum Erfassen der Absolutweglage des Geberkolbens 26 weist die Absolutwegmesseinrichtung 1 ein erstes Messrad 7 und ein zweites Messrad 8 auf. Das erste Messrad 7 ist hierbei einstückig in ein Rotorelement 4 integriert, welches Bestandteil des Rotors 5 der Antriebseinheit 6 ist. In diesem Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit 6 weist der Stator 17 eine Statorumspritzung 22 auf. Das zweite Messrad 8 ist exzentrisch über seinen Außenumfang um die Exzenterachse 58 unmittelbar in der Statorumspritzung 22 gelagert. In diesem Beispiel ist die erste Kennzeichnung 9 des ersten Messrads 7 mittels eines Ringmagnets 16 gebildet und die zweite Kennzeichnung 10 des zweiten Messrads 8 durch zwei um 180° versetzte Magnete mit umgekehrter Polausrichtung gebildet, welche eine magnetische Positionskodierung 15 bilden. Die Winkelstellungen des jeweiligen Messrads 7 beziehungsweise 8 ist mittels einer Messeinrichtung 20 erfassbar, welche in eine gemeinsame Platine 29 integriert ist.
In 2 ist eine Absolutwegmesseinrichtung 1 in einer ähnlichen Konfiguration wie in 1 dargestellt, wobei hier das erste Messrad 7 und das zweite Messrad 8 als Zahnräder ausgeführt sind und die zweite Kennzeichnung 10 eine optische Strichkodierung 13 oder eine induktive Strichkodierung 14 aufweist. In dieser Darstellung ist schematisch angedeutet, dass bei einer Umdrehung des Rotors 5 das erste Messrad 7 im Vergleich zum zweiten Messrad 8 vorläuft, sodass sich das erste Messrad 7 in einer ersten Drehstellung 11 befindet und das zweite Messrad 8 in einer zweiten Drehstellung 12, welche ausgehend von einer gemeinsamen Nullposition einen voneinander verschiedenen Winkelbetrag aufweisen. Diese unterschiedlichen Drehstellungen 11 und 12 sind für die axiale Position der Spindel 18 charakteristisch, sodass die Lage der Spindel 18 zu jedem Zeitpunkt zuverlässig erfasst werden kann.
In 3 ist beispielhaft eine Reibkupplung 25 als (trockene) Doppelkupplung dargestellt, welche mittels eines Nehmerzylinders 28 und jeweils einer ersten Betätigungseinrichtung 46 und einer zweiten Betätigungseinrichtung 47 ein über eine Abtriebswelle 31 um die Kupplungsachse 30 eingegebenes Drehmoment über das erste Reibpaket 34 auf die erste Ausgangswelle 54 und über das zweite Reibpaket 35 auf die zweite Ausgangswelle 55 abgibt. Das erste Reibpaket 34 setzt sich hier aus mehreren Reibplatten, nämlich einer ersten Anpressplatte 36, einer ersten Zwischenplatte 37 und einer ersten Gegenplatte 38, sowie hier aus mehreren Reibscheiben, nämlich einer ersten Anpressreibscheibe 42 und einer ersten Gegenplattenreibscheibe 43, für welche auch Reiblamellen verwendbar sind, zusammen. Das zweite Reibpaket 35 setzt sich hier ebenfalls aus mehreren Reibplatten, nämlich einer zweiten Anpressplatte 39, einer zweiten Zwischenplatte 40 und einer zweiten Gegenplatte 41, sowie hier aus mehreren Reibscheiben, nämlich einer zweiten Anpressreibscheibe 44 und einer zweiten Gegenplattenreibscheibe 45, für welche auch Reiblamellen verwendbar sind, zusammen. Die Reibpakete 34 und 35 sind über einen hydrostatischen Betätigungsaktor 3 mit einem Spindelaktor 2, bevorzugt nach einer oben gezeigten Ausführungsform, mittels einer Hydraulikleitung 59, bevorzugt automatisiert, über den Nehmerzylinder 28 betätigbar. Hierzu ist ein Geberkolben 26 im Geberzylinder 27 mittels der Spindel 18 hin und her bewegbar, sodass eine hydraulische Flüssigkeit in dem hydrostatischen Betätigungsaktor 3 verdrängt und in den Nehmerzylinder 28 eingepresst wird. Die Antriebseinheit 6 des hydrostatischen Betätigungsaktors 3 ist mittels einer Messeinrichtung 20 und einer Steuerungselektronik 21, welche hier extern dargestellt ist, steuerbar.
In 4 ist eine Reibkupplung 25 als (trockene) Einfachkupplung dargestellt. Die Reibkupplung 25 umfasst ein Reibpaket 34 mit einer Anpressplatte 36, einer Gegenplatte 38 und einer axial dazwischen angeordnete Anpressreibscheibe 42. Ein Drehmoment um die Kupplungsachse 30 ist zum Beispiel mittels der Abtriebswelle 31 eines Antriebsaggregats 50 (vergleiche 5) auf die Gegenplatte 38 und einen rotationsfest angebundenen Kupplungsdeckel 62, sowie die rotatorisch mitgeführte, aber axial bewegbare Anpressplatte 36 dauerhaft übertragbar. Ist die Anpressplatte 36 wie im dargestellten Zustand angepresst, wird mittels der erzeugten Reibkraft zwischen den Reibplatten 36, 38 und der Anpressreibscheibe 42 das Drehmoment auf die Ausgangswelle 54 übertragen. Im gelösten Zustand, wenn also die Anpressplatte 36 in der Darstellung nach rechts verschoben ist, ist eine Übertragung unterbrochen oder ausreichend reduziert. Die dargestellte Kupplungskonfiguration ist beispielsweise eine normal-eingerückte Reibkupplung 25. Hierbei wird die erforderliche Anpresskraft von der Tellerfeder 63 der Betätigungseinrichtung 46 aufgebracht. Zum Lösen wird mittels des Ausrückers 64 der Betätigungseinrichtung 46 die Tellerfeder 63 zentral hin zur Abtriebswelle 31 gedrückt, sodass die Tellerfeder 63 radial außen hin zum Kupplungsdeckel 62, an welchem die Tellerfeder 63 verkippbar gelagert ist, bewegt wird. Hierdurch wird eine Beabstandung der Anpressplatte 36 von der Anpressreibscheibe 42 ermöglicht. Die Beabstandung ist unter Umständen von einem Federsystem unterstützt, zum Beispiel Blattfedern am Außenrand der Anpressplatte 36, welche mit dem Kupplungsdeckel 62 vorgespannt verbunden sind. Hier ist ein mechanischer Betätigungsaktor 60 mit einem Betätigungspleuel 61 vorgesehen, um die Betätigungseinrichtungen 46 beziehungsweise den Ausrücker 64 direkt zu betätigen. Hierbei ist das Betätigungspleuel 61 verkippbar gelagert, sodass eine Bewegung der Spindel 18 des Spindelaktors 2 weg von der Abtriebswelle, also in der Darstellung nach rechts, den Ausrücker 64 hin zur Abtriebswelle 31 verschiebt. Damit wird die Tellerfeder 63 wie oben beschrieben ausgelenkt. Im Übrigen entspricht der Spindelaktor 2 der Darstellung in den vorhergehenden Figuren und insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
In 5 ist ein Antriebsstrang 48, umfassend ein Antriebsaggregat 50, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 31, eine Reibkupplung 25 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 32 und rechtes Antriebsrad 33, schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 48 ist hier in einem Kraftfahrzeug 49 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 50 mit seiner Motorachse 53 quer zur Längsachse 52 vor der Fahrerkabine 51 angeordnet ist.
Mit der hier vorgeschlagenen Absolutwegmesseinrichtung ist auf geringem Bauraum in jedem Zustand die Absolutweglage eines Geberkolbens auslesbar.
Bezugszeichenliste

1: Absolutwegmesseinrichtung
2: Spindelaktor
3: hydrostatischer Betätigungsaktor
4: Rotorelement
5: Rotor
6: Antriebseinheit
7: erstes Messrad
8: zweites Messrad
9: erste Kennzeichnung
10: zweite Kennzeichnung
11: erste Drehstellung
12: zweite Drehstellung
13: optische Strichkodierung
14: induktive Strichkodierung
15: magnetische Positionskodierung
16: Ringmagnet
17: Stator
18: Spindel
19: Spindelachse
20: Messeinrichtung
21: Steuerungselektronik
22: Statorumspritzung
23: Spindelmutter
24: steigungstreues Planetenwälzgetriebe
25: Reibkupplung
26: Geberkolben
27: Geberzylinder
28: Nehmerzylinder
29: Platine
30: Kupplungsachse
31: Abtriebswelle
32: linkes Antriebsrad
33: rechtes Antriebsrad
34: erstes Reibpaket
35: zweites Reibpaket
36: erste Anpressplatte
37: erste Zwischenplatte
38: erste Gegenplatte
39: zweite Anpressplatte
40: zweite Zwischenplatte
41: zweite Gegenplatte
42: erste Anpressreibscheibe
43: erste Gegenplattenreibscheibe
44: zweite Anpressreibscheibe
45: zweite Gegenplattenreibscheibe
46: erste Betätigungseinrichtung
47: zweite Betätigungseinrichtung
48: Antriebsstrang
49: Kraftfahrzeug
50: Antriebsaggregat
51: Fahrerkabine
52: Längsachse
53: Motorachse
54: erste Ausgangswelle
55: zweite Ausgangswelle
56: Spindelführung
57: Rotorlager
58: Exzenterachse
59: Hydraulikleitung
60: mechanischer Betätigungsaktor
61: Betätigungspleuel
62: Kupplungsdeckel
63: Tellerfeder
64: Ausrücker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010047801 A1 [0003]
WO 2011/050766 A1 [0003]

Claims

Absolutwegmesseinrichtung (1) für einen Spindelaktor (2) eines Betätigungsaktors (3, 60), wobei die Absolutwegmesseinrichtung (1) zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – ein Rotorelement (4), welches für den Betrieb eines Spindelaktors (2) mit einem Rotor (5) einer rotatorischen Antriebseinheit (6) rotationsfest verbunden ist; – ein von dem Rotorelement (4) angetriebenes erstes Messrad (7); – ein zweites Messrad (8), welches vom ersten Messrad (7) mit einer von eins unterschiedlichen Übersetzung angetrieben ist, wobei die Messräder (7, 8) jeweils eine auslesbare Kennzeichnung (9, 10) der jeweiligen Drehstellung (11, 12) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Messräder (8) als Hohlrad ausgebildet ist, wobei das jeweils andere Messrad (7) radial innerhalb des Hohlrads angeordnet ist.
Absolutwegmesseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Hohlrad vom zweiten Messrad (8) gebildet ist.
Absolutwegmesseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Messrad (7) mit dem Rotorelement (4) fest verbunden ist, bevorzugt mit diesem einstückig ausgebildet ist.
Absolutwegmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Messrad (7) eine erste Kennzeichnung (9, 10) und das zweite Messrad (8) eine zweite Kennzeichnung (9, 10) aufweist, und wobei die jeweilige auslesbare Kennzeichnung (9, 10) mittels einer der folgenden Vorrichtungen gebildet ist: – eine optische Strichkodierung (13); – eine induktive Strichkodierung (14); – eine magnetische Positionskodierung (15); und – einen Ringmagnet (16), wobei bevorzugt das Prinzip der ersten Kennzeichnung (9, 10) und das Prinzip der zweiten Kennzeichnung (9, 10) zueinander störungsfrei sind.
Absolutwegmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messräder (7, 8) als Zahnräder ausgebildet sind.
Spindelaktor (2) für einen Betätigungsaktor (3, 60), wobei der Spindelaktor (2) zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – eine elektrische Antriebseinheit (6), umfassend einen Stator (17) und einen Rotor (5); – eine Spindel (18) mit einer Spindelachse (19), welche mittels des Rotors (4) antreibbar ist; – eine Absolutwegmesseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mittels des Rotorelements (4) mit dem Rotor (5) verbunden ist und mittels welcher die Absolutwinkellage des Rotors (4) erfassbar ist; – eine Messeinrichtung (20) zum Erfassen der Kennzeichnungen (9, 10) der Absolutwegmesseinrichtung (1); – eine Steuerungselektronik (21), mittels welcher die Spindel (18) auf Basis der Messungen der Messeinrichtung (20) gesteuert bewegbar ist.
Spindelaktor (2) nach Anspruch 6, wobei der Stator (17) eine Statorumspritzung (22) aufweist und das zweite Messrad (8) an der Statorumspritzung (22) gelagert ist.
Spindelaktor (2) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Spindel (18) rotatorisch fixiert ist und mittels einer Spindelmutter (23) axial bewegbar ist, wobei die Spindelmutter (23) bevorzugt ein steigungstreues Planetenwälzgetriebe (24) zum Übertragen der Drehung auf die Spindel (18) umfasst, und die Messräder (7, 8) um die Spindelachse (19) herum angeordnet sind, wobei bevorzugt das erste Messrad (7) konzentrisch und das zweite Messrad (8) exzentrisch zur Spindelachse (19) angeordnet sind.
Hydrostatischer Betätigungsaktor (3) für eine Reibkupplung (25), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: – einen Spindelaktor (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8; – einen Geberkolben (26), welcher von der Spindel (18) zur translatorischen Bewegung antreibbar ist, bevorzugt mit einer Spindel (18) nach Anspruch 8 fest verbunden ist; – einen Geberzylinder (27) zur Aufnahme des Geberkolbens (26) und einer hydraulischen Flüssigkeit, wobei der Geberzylinder (27) mittels der hydraulischen Flüssigkeit kommunizierend mit einem Nehmerzylinder (28) verbindbar ist, wobei bevorzugt die Messeinrichtung (20) und die Steuerungselektronik (21) auf einer gemeinsamen Platine (29) angeordnet sind, bevorzugt zur endseitigen Anordnung beim Rotor (4) vom Geberkolben (26) gesehen hinter der elektrischen Antriebseinheit (6).
Mechanischer Betätigungsaktor (60) für eine Reibkupplung (25), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: – einen Spindelaktor (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8; – ein Betätigungspleuel (61), welches mittels der Spindel (18) zur translatorischen Bewegung antreibbar ist, bevorzugt mit einer Spindel (18) nach Anspruch 8 direkt verbunden ist, wobei das Betätigungspleuel (61) bevorzugt mit einer Betätigungseinrichtung (46, 47) einer Reibkupplung verbindbar ist, wobei bevorzugt die Messeinrichtung (20) und die Steuerungselektronik (21) auf einer gemeinsamen Platine (29) angeordnet sind, bevorzugt zur endseitigen Anordnung beim Rotor (4) vom Betätigungspleuel (61) gesehen hinter der elektrischen Antriebseinheit (6).