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Die Erfindung betrifft einen Aktor zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung, d. h. einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem elektrischen Stellmotor und einem mit dem Stellmotor elektrisch gekoppelten Leitungssystem. Zudem betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kupplung sowie diesem Aktor.
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Aktoren zur Kupplungsbetätigung sind bereits aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. In diesem Zusammenhang offenbart bspw. die
DE 10 2015 206 786 A1 einen als Aktorsystem bezeichneten Aktor, insbesondere zur Betätigung von Kupplungs- oder Bremssystemen von Kraftfahrzeugen. Zu der Ausbildung eines mit dem Stellmotor verbundenen Leitungssystems sind in diesem Zusammenhang jedoch keine Details offenbart.
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Bei bekannten Aktoren hat es sich zudem als nachteilig herausgestellt, dass die entsprechenden Anschlussbereiche der Kabel des Leitungssystems an dem Stellmotor häufig unzureichend abgedichtet sind. Es ist jedoch sicherzustellen, dass bei einer Herstellung der eingesetzten Umhüllungen des Anschlussbereiches kein Spalt zwischen dem Kabel und der Umhüllung entsteht, durch welchen im Betrieb Flüssigkeiten in den Anschlussbereich hinein vordringen und dadurch die Korrosion des Anschlussbereiches fördern könnten. Die Anschlussbereiche sind somit verlässlich über einen möglichst langen Betrieb hinweg vor in der Umgebung des Stellmotors auftretenden Flüssigkeiten, wie Spritzwasser, Öl, Schmierstoff, Kraftstoff und anderen Säuren, zu schützen. Auch eine möglichst geringe Entflammbarkeit der diese Anschlussbereiche umgebenden Bestandteile soll gewährleistet sein.
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Auch ist aus der
EP 2 245 705 A1 Stand der Technik bekannt. Hierin ist ein Steckverbinderelement mit einer Abdichtung in einem Kabelanschlussbereich offenbart. Die hierin umgesetzten Ausführungen sind jedoch relativ ungeeignet für die im Kraftfahrzeugbereich vorhandenen Umgebungsbedingungen, wo an die Korrosionsbeständigkeit sowie die vorgegebenen Bauraumbedingungen deutlich höhere Ansprüche gestellt werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Aktor zur Verfügung zu stellen, der einerseits verlässlich vor Korrosionsschäden geschützt ist, andererseits eine möglichst kompakte Bauform aufweist.
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Dies wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst, wobei ein Aktor zur Betätigung einer Kraftfahrzeugkupplung erfindungsgemäß einen elektrischen Stellmotor und ein mit dem Stellmotor elektrisch gekoppeltes Leitungssystem aufweist, wobei zumindest ein Kabel des Leitungssystems weiterhin eine aus einem Kunststoffmaterial bestehende Isolierummantelung sowie einen (in einem Anschlussbereich) an den Stellmotor angeschlossenen, abisolierten Leiterabschnitt aufweist und das Kabel sowohl im Bereich des Leiterabschnittes als auch an einem daran unmittelbar angrenzenden Längsabschnitt der Isolierummantelung von einer gemeinsamen als Abdichtung wirkenden Umhüllung, die aus einem duroplastischen oder thermoplastischen, sich von dem Kunststoffmaterial der Isolierummantelung unterscheidenden Kunststoffmaterial besteht, umgeben ist, und wobei auf dem Längsabschnitt der Isolierummantelung eine Hülse derart formschlüssig und/oder kraftschlüssig aufgesetzt ist, dass die Hülse zumindest abschnittsweise eine wellenförmige Außenkontur, die direkt von der Umhüllung kontaktiert ist, ausbildet.
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Durch eine derartige erfindungsgemäße Umhüllung des entsprechenden Anschlussbereiches des Kabels seitens des Stellmotors ist es möglich, die Dichtstrecke entlang des Kabels, die durch die Umhüllung gewährleistet ist, möglichst kurz auszubilden. Durch die zusätzliche Hülse wird ein Element zur Verfügung gestellt, das einerseits die Umhüllung möglichst stark fixiert und andererseits bei einem Umspritzen des Kabels mit der Umhüllung im Herstellprozess vor einer ungewollten Spaltbildung und somit einer Undichtigkeit schützt. Dadurch ist eine besonders beständige Abdichtung des Anschlussbereiches des Kabels realisiert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Besteht die Isolierummantelung aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, ist diese besonders beständig gegenüber den üblichen Betriebsmedien des Kraftfahrzeuges ausgeführt.
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Diesbezüglich ist es besonders zweckmäßig, wenn die Isolierummantelung aus einem Polyolefin besteht.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders effizient umgesetzt, wenn die Umhüllung aus einem duroplastischen Kunststoffmaterial / einem Duroplasten besteht.
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Die Hülse ist noch robuster realisiert, wenn sie aus einer Nichteisenmetalllegierung, wie einer Kupfer enthaltenden Nichteisenmetalllegierung, beispielsweise einem Messing, einer Bronze, etc., besteht.
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Von Vorteil ist es auch, wenn die Hülse über ihre gesamte Länge hinweg auf dem Längsabschnitt der Isolierummantelung aufgeschoben ist. Die Hülse steht somit entlang des Kabels nicht über die Isolierummantelung über. Dadurch ist die Hülse ausschließlich als ein Verbindungselement zum Fixieren der Umhüllung an dem Kabel / der Isolierummantelung eingesetzt. Eine verlässliche Abdichtung ist die Folge.
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Hinsichtlich der Hülse ist es zudem vorteilhaft, wenn diese durch eine Vercrimpung / Crimpverbindung auf der Isolierummantelung fixiert ist.
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Ist die Hülse über ihre gesamte Länge hinweg von der Umhüllung kontaktiert / umgeben, ist die Umhüllung besonders fest mit dem Kabel weiter verbunden. Alternativ ist es auch von Vorteil, wenn die Hülse aus der Umhüllung heraussteht.
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In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Hülse einen in radialer Richtung von der Isolierummantelung abstehenden, endseitigen Kragen ausbildet, wobei der Kragen zu seinen axial, d. h. entlang der Längsrichtung des Kabels gesehen, einander abgewandten Seiten unmittelbar von der Umhüllung kontaktiert ist. Dadurch wird die Fixierung der Umhüllung an der Hülse und somit an dem Kabel weiter erhöht.
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Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn in axialer Richtung des Kabels im Anschluss an den Kragen mehrere Wellungen der Hülse anschließen, wobei die Umhüllung über den gesamten Längsverlauf der Wellungen an der Hülse anliegt. Dadurch wird die Haltekraft der Umhüllung seitens der Hülse weiter erhöht.
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Von Vorteil ist es des Weiteren, wenn mehrere Kabel, jeweils umgeben von einer Hülse, sowohl an ihrem Leiterabschnitt als auch an ihrem daran unmittelbar angrenzenden Längsabschnitt der Isolierummantelung gemeinsam von der (gleichen) Umhüllung umgeben sind. Dadurch wird der Herstellaufwand weiter reduziert.
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Hinsichtlich der Umhüllung ist es weiter bevorzugt, diese unmittelbar als eine Umspritzung / ein Verguß auszubilden und somit in einem Urformvorgang unmittelbar in noch flüssigem Zustand um die Kabel herum aufzubringen. Nach einem Aushärten des die Umhüllung bildenden Materials ist dann eine effektive Abdichtung des entsprechenden Anschlussbereiches des Kabels realisiert.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kupplung sowie einem auf diese Kupplung verstellend einwirkenden erfindungsgemäßen Aktor nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein wasserdichtes Umspritzen oder Vergießen von Übergängen (Anschlussbereich) von Leitungen (Kabel) in duro- oder thermoplastischen Kunststoffteilen (Umhüllung) realisiert. Die einzelnen Leitungen weisen eine Hülle (Isolierummantelung) auf, welche jeweils mit einer Metallhülse (Hülse) vercrimpt wird. Anschließend sind alle Leitungen gemeinsam vorzugsweise in einem Duroplast (Umhüllung) eingeschlossen / vergossen. Die Hülse weist eine entsprechende Formgebung in Art einer Labyrinthdichtung (gewellte Außenkontur) bzw. eine solche Funktion auf. Auch sei auf die verwendeten Materialien, wie bspw. die Duroplastumspritzung (Umhüllung) verwiesen. Die Belastbarkeit und die Länge der Dichtstrecke kann folglich effektiv verlängert werden, da durch die Wahl der Materialien (Polyolefin für den Leitungsmantel (Isolierummantelung) und Duroplast für die Umspritzung (Umhüllung)) auch unter Berücksichtigung der erhöhten Temperaturen bei der Herstellung eine besonders gute Verbindung erreicht wird. Das Material der Hülse ist bevorzugt eine Kupferlegierung, sodass die Hülse verlässlich eine Spaltbildung zwischen der Isolierummantelung und der Umhüllung im Herstellprozess vermeidet. Somit ist prinzipiell eine Abdichtung eines Kabels (Kabel) mit einer Hülse mit Mehrfachvercrimpung vorgeschlagen.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen, teilweise im Längsschnitt gezeigten Aktors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei der prinzipielle Aufbau des Aktors seitens seines Stellmotors und eines Teil seines mit dem Stellmotor verbundenen Leitungssystems veranschaulicht ist,
- 2 eine Detaildarstellung des Aktors nach 1 in einem Anschlussbereich mehrerer Kabel des Leitungssystems an dem Stellmotor,
- 3 eine perspektivische Darstellung eines in den 1 und 2 eingesetzten Leitungssystems samt Kabeln und Stecker,
- 4 eine Längsschnittdarstellung der Kabel des Leitungssystems in dem Anschlussbereich seitens des Stellmotors, wobei eine Umhüllung, die die Kabel umgibt und die mittels einzelner Hülsen an jedem Kabel fixiert ist, gut zu erkennen ist, und
- 5 eine perspektivische Darstellung des in 4 dargestellten Anschlussbereiches ohne Umhüllung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aktor 1 handelt es sich prinzipiell um einen elektrischen Aktor 1 zur Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges. Dieser Aktor 1 ist somit in seinem Betrieb Bestandteil eines Kupplungssystems und wirkt verstellend auf eine Kupplung, etwa eine Reibkupplung, des Kupplungssystems ein.
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Der Aktor
1 weist auf typische Weise einen elektrischen Stellmotor
2 (auch als Elektromotor bezeichnet) auf. Der Stellmotor
2 weist wiederum einen Stator
14 und einen relativ zu dem Stator
14 verdrehbaren Rotor
13 auf. Der Stator
14 ist in einem Gehäuse
15 des Aktors
1 aufgenommen. Der Rotor
13 ist radial (in Bezug auf seine Drehachse) außerhalb des Stators
14 angeordnet. Mittels eines Getriebes
16 wird die Rotationsbewegung des Rotors
13, bei Aktivierung des Stellmotors
2, auf typische Weise in eine axiale Verstellbewegung seitens eines Ausrücklagers
17 umgewandelt, um die Kupplung auszurücken. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der Aktor
1 in seinem weiteren Aufbau gemäß dem Aktorsystem, wie es mit der
DE 10 2015 206 786 A1 offenbart ist, ausgebildet ist. Die hinsichtlich des Aktorsystems mit der
DE 10 2015 206 786 A1 zusätzlich beschriebenen Ausführungsdetails gelten somit für den erfindungsgegenständlichen Aktor
1 als hierin integriert.
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Der Aktor 1 weist neben dem Stellmotor 2 ein Leitungssystem 3 auf, das in 3 losgelöst zu erkennen ist. Das Leitungssystem 3 weist mehrere Kabel 4a bis 4d (auch als Stromkabel / -leitung bezeichnet) auf, die von einem Stecker 12 aus in Richtung des Stellmotors 2 hin verlaufen. Drei dieser Kabel, nämlich ein erstes Kabel 4a, ein zweites Kabel 4b sowie ein drittes Kabel 4c, sind im Betrieb zur Ansteuerung des Stellmotors 2 an diesen Stellmotor 2 angeschlossen. Hierzu ist in 5 detailliert veranschaulicht, wie ein entsprechender Anschlussbereich 22 der ersten bis dritten Kabel 4a bis 4c seitens mehrerer Kontakte 18a bis 18c des Stellmotors 2 ausgebildet ist. In 5 ist auf eine nachfolgend näher beschriebene Umhüllung 8 verzichtet. Die ersten bis dritten Kabel 4a bis 4c sind jeweils auf gleiche Weise ausgebildet und an einem der Kontakte 18a, 18b oder 18c angeschlossen, weshalb nachfolgend der Kürze wegen lediglich die Ausbildung und der Anschluss des ersten Kabels 4a an einem ersten Kontakt 18a repräsentativ für die Ausbildung und Anschlüsse der anderen (zweiten und dritten) Kabel 4b, 4c an den (zweiten und dritten) Kontakten 18b, 18c beschrieben ist.
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Das erste Kabel 4a ist an einem ersten Kontakt 18a angeschlossen. Das erste Kabel 4a ist als ein einadriges Kabel ausgebildet. Das erste Kabel 4a ist an einem Ende seitens seiner Isolierummantelung 5 befreit / abisoliert, wobei dieses abisolierte / einen Leiter 19 des ersten Kabels 4a freilegende Ende nachfolgend als Leiterabschnitt 6 bezeichnet ist. Der Leiterabschnitt 6 ist unmittelbar an dem ersten Kontakt 18a, unter Ausbildung des Anschlussbereiches 22 angeschlossen / fixiert. Entlang des Kabels 4a von dem Anschlussbereich 22 aus gesehen, beginnt die Isolierummantelung 5 nach dem Leiterabschnitt 6 und verläuft durchgängig bis zu dem Stecker 12 hin (3). Die Isolierummantelung 5 ist in dieser Ausführung aus einem Polyolefin hergestellt.
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Wie ebenfalls in den 4 und 5 detailliert sowie in 2 übersichtlich zu erkennen, ist auf der Isolierummantelung 5 eine Hülse 9 form- sowie kraftschlüssig fixiert. Die Hülse 9 besteht aus einem crimpfähigen Metall, nämlich einer crimpfähigen Nichteisenmetalllegierung. Die Hülse 9 ist als eine Crimp-Hülse ausgeführt und folglich mittels einer Vercrimpung / Crimpverbindung von radial außen (in Bezug auf die Längserstreckung des ersten Kabels 4a gesehen) auf der Isolierummantelung 5 fixiert. Die Hülse 9, wie in einem Längsschnitt der Hülse 9 nach 4 zu erkennen, weist durch die Vercrimpung eine wellenförmige Außenkontur 10 auf. Die Vercrimpung ist als eine Mehrfachvercrimpung umgesetzt, sodass die Außenkontur 10 der Hülse 9 mehrere Wellen aufweist. Insgesamt sind vier Wellentäler 20 und drei Wellenberge 21 ausgebildet. Die Hülse 9 ist somit derart vercrimpt und in radialer Richtung von außen an die Isolierummantelung 5 dauerhaft durch die plastische Verformung aufgrund der Vercrimpung angedrückt, dass die Isolierummantelung 5 in radialer Richtung durch die Hülse 9 um einen gewissen Betrag zusammengestaucht ist. Zudem ist die Vercrimpung so umgesetzt, dass die Hülse 9 zu ihrem den Leiterabschnitt 6 zugewandten Endbereich einen Kragen 11 ausbildet, der radial nach außen von der Isolierummantelung 5 absteht. Ein solcher Kragen 11 ist gemäß einer weiteren Ausführung auch prinzipiell auf einer dem Leiterabschnitt 6 entgegengesetzten Endbereich der Hülse 9 ausgebildet.
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Aus 4 geht zudem hervor, dass die Hülse 9 hinsichtlich ihrer Länge so gewählt und positioniert ist, dass sie ausschließlich auf einem Längsabschnitt 7 der Isolierummantelung 5 angeordnet ist. Die Hülse 9 endet zu dem Leiterabschnitt 6 hin folglich vor dem Ende der Isolierummantelung 5 und steht axial, entlang des ersten Kabels 4a gesehen, nicht über die Isolierummantelung 5 über.
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Um das erste Kabel 4a, wie in den 2 bis 4 veranschaulicht, ist eine Umhüllung 8 angebracht. Die Umhüllung 8 ist als eine Umspritzung / Umgießung realisiert und bildet eine sich vollständig um den Anschlussbereich 22 des ersten Kabels 4a herum anliegende Umhüllung 8 aus. Die Umhüllung 8 dient folglich zur Abdichtung des Leiterabschnittes 6 im Anschlussbereich 22 an dem ersten Kontakt 18a. Im fertig montierten Zustand ist die Umhüllung 8 somit vollständig um den Leiterabschnitt 6 sowie den ersten Kontakt 18a herum angeordnet, um diese zur Umgebung hin abzudichten. Zudem verläuft die Umhüllung 8 entlang des ersten Kabels 4a gesehen so weit, dass sie vollständig die Hülse 9 in ihrer Längsrichtung umgibt. Auch die Hülse 9 ist somit vollständig in der Umhüllung 8 eingebettet. Die Umhüllung 8 umgibt folglich auch den Längsabschnitt 7 des ersten Kabels 4a von außen. Zudem ist in 4 zu erkennen, dass die Umhüllung 8 auch zu einander entgegengesetzten axialen Seiten des Kragens 11 angeordnet ist und somit fest an dem Kragen 11 abgestützt ist. Somit kommt es zu einer zusätzlichen axialen Fixierung der Umhüllung 8 (über die Hülse 9) an dem jeweiligen ersten bis dritten Kabel 4a, 4b, 4c.
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Die Umhüllung 8 ist aus einem duroplastischen Kunststoffmaterial hergestellt, besteht in weiteren Ausführungen jedoch aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Die Umhüllung 8 ist daher besonders beständig gegenüber den im Fahrzeugbetrieb auftretenden, die Korrosion fördernden Umgebungsbedingungen.
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Wie in 4 zudem gut zu erkennen, ist auch das zweite Kabel 4b sowie das dritte Kabel 4c auf gleiche Weise wie das erste Kabel 4a zu ihren (zweiten und dritten) Kontakten 18b, 18c von derselben Umhüllung 8 umgeben. Das vierte Kabel 4d weist eine zu der Umhüllung 8 separate nicht weiter beschriebene Umhüllung auf.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß auf den Leitungsmantel (Isolierummantelung 5) mittels eines Werkzeugs (bspw. Crimpwerkzeug) eine Hülse 9 aufgebracht, die dadurch mit dem Leitungsmantel 5 formschlüssig verbunden wird. Zwischen Mantel 5 und Hülse 9 entsteht eine Verpressung, die eine Dichtheit bietet. Der Kunststoff (der Umhüllung 8) bindet besser an die Hülse 9 an als auf diversen Leitungsmantelmaterialien und bietet dadurch eine höhere Dichtheit auf kürzerer Strecke, sowie eine höhere thermische und mechanische Stabilität. Aufgrund der Kontur der Vercrimpung (siehe Abbildung), verlängert sich zusätzlich zur besseren Anbindung auch die Dichtstrecke entlang der Hülse 9 (vgl. mit einer Labyrinthdichtung). Die Hülse 9 erhöht zusätzlich die mechanische Belastbarkeit des Systems. Die Auszugskräfte der Leitungen (Kabel 4a, 4b, 4c) sind deutlich größer als ohne Hülse 9. Während des Spritzvorgangs sieht der Kabelmantel (Isolierummantelung 5) relativ hohe Temperaturen (bis 180°C) und dehnt sich als Folge entsprechend aus. Nach Abkühlen von Leitung 4a, 4b, 4c und Umspritzung 8 im Anschluss an den Spritzprozess kann ohne Hülse 9 zwischen Leitungsmantel 5 und Duroplast (Umhüllung 8) aufgrund verschiedener Ausdehnungskoeffizienten ein Spalt entstehen; die Hülse 9 verhindert während des Spritzens jedoch diese Spaltbildung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Stellmotor
- 3
- Leitungssystem
- 4a
- erstes Kabel
- 4b
- zweites Kabel
- 4c
- drittes Kabel
- 4d
- viertes Kabel
- 5
- Isolierummantelung
- 6
- Leiterabschnitt
- 7
- Längsabschnitt
- 8
- Umhüllung
- 9
- Hülse
- 10
- Außenkontur
- 11
- Kragen
- 12
- Stecker
- 13
- Rotor
- 14
- Stator
- 15
- Gehäuse
- 16
- Getriebe
- 17
- Ausrücklager
- 18a
- erster Kontakt
- 18b
- zweiter Kontakt
- 18c
- dritter Kontakt
- 19
- Leiter
- 20
- Wellental
- 21
- Wellenberg
- 22
- Anschlussbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015206786 A1 [0002, 0026]
- EP 2245705 A1 [0004]
