DE102018123042A1

DE102018123042A1 - Elektrischer Kupplungsaktuator mit federbelastetem Druckstück

Info

Publication number: DE102018123042A1
Application number: DE102018123042.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ryba; Dimitri Ostrohov; Frank Sauerteig; Michael Erdmann; Christian Sperber
Original assignee: FTE Automotive GmbH
Current assignee: FTE Automotive GmbH
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19
Also published as: US11060567B2; EP3626989A1; US20200088248A1; CN110925323A; EP3626989B1; CN110925323B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kupplungsaktuator (1) mit einem Gehäuse (3), einem Elektromotor (10), einem Getriebe (20) und einer Spindel (60), die über das Getriebe (20) mit dem Elektromotor gekoppelt ist, wobei die Spindel (60) ein Abtriebsende (62) aufweist, das an einem Entlastungskolben (64) angreift, der verschiebbar an einem Führungskolben (68) angebracht ist, der im Gehäuse (3) verschiebbar gelagert ist, wobei der Entlastungskolben (64) elastisch vom Führungskolben (68) weg zur Spindel (60) beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kupplungsaktuator mit einem Gehäuse, einem Elektromotor, einem Getriebe und einer Spindel, die über das Getriebe mit dem Elektromotor gekoppelt ist.
Der Kupplungsaktuator dient insbesondere dazu, eine Kupplung im Antriebsstrang eines LKWs zu betätigen. Hierfür wird die Spindel mit einem Ausrückhebel der Kupplung gekoppelt, so dass die gewünschte Ausrückkraft über den nötigen Ausrückhub aufgebracht werden kann.
Die Ausrückkraft kann in der Größenordnung von 6200 N liegen, und der Hub der Spindel zum Ausrücken kann in der Größenordnung von 80 mm betragen. Dieser Hub muss beim Ausrücken der Kupplung in 180 Millisekunden überwunden werden.
Trotz dieser hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Kupplungsaktuators muss dieser sehr leichtgängig sein, da gefordert wird, dass sich die Spindel im Falle eines Defekts von der Kupplungsfeder in die eingerückte Stellung zurückdrücken lässt. Eine sinnvolle Rücklaufgeschwindigkeit beträgt etwa 5 mm je Sekunde.
Um den gewünschten axialen Hub der Spindel zu erhalten, greift diese in eine Spindelmutter ein, die vom Elektromotor über das Getriebe in Drehung versetzt werden kann. Die Verbindung zwischen der Spindelmutter und der Spindel ist jedoch (insbesondere wenn es sich bei der Spindelmutter um eine Kugelumlaufmutter handelt) vergleichsweise verschleißanfällig, falls über einen langen Zeitraum Vibrationen die auf die Spindel und/oder die Spindelmutter einwirken.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen übermäßigen Verschleiß der Spindel und der Spindelmutter zu verhindern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Spindel ein Abtriebsende aufweist, das an einem Entlastungskolben angreift, der verschiebbar an einem Führungskolben angebracht ist, der im Gehäuse verschiebbar gelagert ist, wobei der Entlastungskolben elastisch vom Führungskolben weg zur Spindel beaufschlagt wird. Der Führungskolben gewährleistet, dass die Spindel präzise relativ zur Spindelmutter geführt wird, so dass keine oder allenfalls minimale Radiallasten wirken können. Der Entlastungskolben kann vom Führungskolben abheben, wenn sich die Spindel beim Einrücken der Kupplung in eine Ausgangsstellung zurückbewegt. Im vom Führungskolben abgehobenen Zustand werden Vibrationen und Stöße, die vom Fahrzeug und der Kupplung auf den Führungskolben ausgeübt werden, nicht auf die Spindel übertragen. Gleichzeitig befinden sich weiterhin alle Bauteile in einer definierten Lage, da der Entlastungskolben relativ zum Führungskolben elastisch beaufschlagt ist.
Vorzugsweise wird, um den Führungskolben und den Entlastungskolben relativ zueinander elastisch zu beaufschlagen, eine Entlastungsfeder verwendet. Es kann sich hierbei insbesondere um eine Druckfeder handeln, mit der die gewünschte axiale Vorspannkraft erzeugt werden kann.
Die Entlastungsfeder kann zu einem Großteil innerhalb einer Federaufnahme angeordnet sein, die innerhalb des Entlastungskolbens ausgebildet ist. Dies führt zu einem kurzen axialen Bauraum.
Vorzugsweise erstreckt sich die Entlastungsfeder um eine Außenfeder des Entlastungskolbens herum. Somit kann eine Druckfeder mit einem großen Durchmesser verwendet werden.
Eine übliche Vorspannkraft für die Entlastungsfeder liegt in der Größenordnung von 10 N bis 50 N. Diese Kraft ist einerseits hoch genug, um alle Bauteile ausreichend stark gegeneinander zu beaufschlagen und Vibrationen relativ zueinander zu verhindern. Andererseits ist diese Kraft gering genug, um zu verhindern, dass auf den Führungskolben einwirkende Kräfte auf den Entlastungskolben und dadurch auf die Spindel übertragen werden.
Um die Spindel in der Ausgangslage vom Führungskolben zu entkoppeln, ist es ausreichend, wenn der Hub des Entlastungskolbens relativ zum Führungskolben in der Größenordnung von 1 mm bis 4 mm liegt und vorzugsweise in der Größenordnung von 2 mm.
Vorzugsweise ist der Entlastungskolben in einer Aufnahme im Führungskolben angeordnet, die am der Spindel zugewandten Ende offen ist, wobei ein Sicherungsring am axialen Ende der Aufnahme angeordnet ist, so dass der Entlastungskolben in der Aufnahme unverlierbar gehalten ist. Der Sicherungsring ermöglicht es, den Entlastungskolben am Führungskolben zusammen mit der Entlastungsfeder vorzumontieren, was die Endmontage vereinfacht.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass der Entlastungskolben in eine Aufnahme im Führungskolben eingesteckt und in dieser verrastet ist. Hierdurch kann auf die Montage eines separaten Sicherungsrings verzichtet werden.
In der Außenumfangsfläche des Entlastungskolbens und/oder des Führungskolbens kann eine Nut vorgesehen sein, in welcher ein Gleitelement angeordnet ist. Mit diesem kann die Reibung des Führungskolbens in der Aufnahme des Führungskolbens bzw. die Reibung des Entlastungskolbens im Führungskolben verringert werden.
Das Gleitelement kann ein geschlitzter Ring sein, der mit geringem Aufwand in der Nut angebracht werden kann. Der Ring kann insbesondere aus PTFE bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Führungskolben ein Ringmagnet angeordnet, dessen Magnetfeld von einem Positionssensor erfasst werden kann. Auf diese Weise kann beim Betätigen der Kupplung die Position des Führungskolbens erfasst werden.
Der Ringmagnet kann von einer Druckfeder, die sich zwischen dem Führungskolben und dem Gehäuse abstützt, gegen den Führungskolben gedrückt werden. Es ist somit nicht erforderlich, den Ringmagnet separat am Führungskolben zu fixieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

- 1 einen Längsschnitt durch einen Kupplungsaktuator;
- 2 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von 1;
- 3 einen Schnitt entlang der Ebene III-III von 2;
- 4 einen Schnitt entlang der Ebene IV-IV von 3;
- 5 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt V von 1;
- 6 den Bereich VI von 1 in einer von der Schnittebene von 1 abweichenden Schnittebene;
- 7 ein Schnitt entlang der Ebene VII-VII von 6;
- 8 in einer perspektivischen Ansicht den in 6 gezeigten Stopfen;
- 9 in einer vergrößerten Ansicht eine alternative Kontaktierung der in 6 gezeigten Leiterplatte;
- 10 eine Ansicht ähnlich derjenigen von 3, wobei ein Deckel und ein Zwischenzahnrad entfernt wurden,
- 11 in einer perspektivischen Ansicht ein Detail des Getriebes
- 12 in einer weiteren perspektivischen Ansicht ein Detail des Getriebes;
- 13 in einer perspektivischen Ansicht den beim Gehäuse verwendeten Deckel;
- 14 in einer perspektivischen Ansicht die Schiebeführung für die Spindel;
- 15 einen Schnitt durch die Schiebeführung von 14; und
- 16 die Bewegungsbahn der Spindel bei der Betätigung des Ausrückhebels.

In 1 ist ein elektrischer Kupplungsaktuator zu sehen, der dazu dient, einen Ausrückhebel einer Reibungskupplung zu betätigen, die im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines LKWs, angeordnet ist.
Der Kupplungsaktor 1 weist einen Elektromotor 10 auf, der über ein Getriebe 20 mit einer Spindelmutter 40 gekoppelt ist. Die Spindelmutter 40 ist in axialer Richtung feststehend und sitzt auf einer Spindel 60, die durch Drehung der Spindelmutter 40 in axialer Richtung verstellt werden kann. Die Spindel 60 wirkt mit einem Druckstößel 80 zusammen, die wiederum mit einem Ausrückhebel der Kupplung (hier nicht gezeigt) zusammenwirkt.
Die Spindelmutter 40 ist hier eine Kugelumlaufmutter, so dass sich eine geringe Reibung zwischen der Spindel und der Spindelmutter ergibt.
Tragender Bestandteil des Kupplungsaktuators 1 ist ein Gehäuse 3, das (abgesehen von einem Deckel 5) einstückig ausgeführt ist. Im Gehäuse 3 sind insbesondere eine Statoraufnahme 7 und eine Spindelführung 9 vorgesehen.
Da das Gehäuse in einem Stück ausgeführt, insbesondere gegossen ist, kann die Wandstärke zwischen der Statoraufnahme 7 und der Spindelführung 9 vergleichsweise dünn ausgeführt werden. Insgesamt ergeben sich hierdurch sehr geringe Abmessungen, insbesondere ein geringer Abstand zwischen der Mittelachse des Elektromotors 10 und der Mittelachse der Spindel 60.
Als Material für das Gehäuse 3 wird vorzugsweise eine Aluminiumlegierung verwendet. Als Herstellungsverfahren wird vorzugsweise ein Druckgussverfahren verwendet.
Beim Elektromotor 10 handelt es sich um einen bürstenlosen Elektromotor, der einen Stator 12 und einen Rotor 14 aufweist. Der Stator 12 enthält eine Vielzahl von an die jeweiligen Anforderungen angepassten Statorwicklungen. Der Rotor 14 weist eine Vielzahl von Permanentmagneten auf. Diese sind auf einer Motorwelle 16 angeordnet, die mittels Wälzlagern 17, 18 im Gehäuse 3 gelagert ist.
Das Gehäuse 3 weist eine Montageöffnung 4 am Boden 6 der Statoraufnahme 7 auf. Die Montageöffnung 4 dient dazu, den Rotor 14 zu führen, wenn er in den Stator 12 eingeschoben wird. Zu diesem Zweck kann in die Montageöffnung 4 ein geeignetes Werkzeug eingesetzt werden. Bei der Montageöffnung 4 handelt es sich insbesondere um eine Passbohrung.
Das Getriebe 20 weist ein Ritzel 22 auf, das drehfest mit der Motorwelle 16 verbunden ist, ein Zwischenzahnrad 24 sowie Antriebszähne 26, die der Kugelumlaufmutter 40 zugeordnet sind.
Die Antriebszähne 26 sind hier Teil eines Antriebszahnrades, das drehfest mit der Kugelumlaufmutter 40 verbunden ist. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Antriebszähne 26 einstückig auf der Außenumfangsfläche der Kugelumlaufmutter 40 ausgebildet sind.
Das Zwischenzahnrad 24 ist ein zweistufiges Zahnrad, das eine Antriebsverzahnung 28 aufweist, in die das Ritzel 22 eingreift, und eine Abtriebsverzahnung 30, die mit den Antriebszähnen 26 der Kugelumlaufmutter 40 zusammenwirkt. Wie insbesondere in 4 zu sehen, sind die Antriebsverzahnung 28 und die Abtriebsverzahnung 30 einstückig am Zwischenzahnrad 24 vorgesehen.
Der Durchmesser der Abtriebsverzahnung 30 ist größer als der Durchmesser der Antriebsverzahnung 28. Insgesamt ergibt sich eine Untersetzung von der Motorwelle 16 zur Kugelumlaufmutter 40, die in der Größenordnung von 4,2:1 bis 4,4:1 liegt.
Das Zwischenzahnrad 24 selbst ist auf einem Lagerbolzen 32 gelagert, der fest an einer Grundplatte 34 angebracht ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lagerbolzen 32 in die Grundplatte 34 eingepresst.
Auf dem Lagerbolzen 32 ist das Zwischenzahnrad 24 mittels zweier Nadellager 36 gelagert. Beiderseits der Nadellager 36 ist jeweils ein Wellendichtring 38 vorgesehen.
Die Grundplatte 34 dient dazu, sämtliche Bauteile des Getriebes 20 aufzunehmen und toleranzarm relativ zueinander zu lagern. Dies betrifft insbesondere das Wälzlager 18, mit dem die Motorwelle 16 gelagert ist, den Lagerbolzen 32, mit dem das Zwischenzahnrad 24 gelagert ist, sowie ein Wälzlager 42, mit dem die Kugelumlaufmutter 40 an der Grundplatte 34 gelagert ist.
Die Grundplatte 34 ist eine massive Metallplatte, die in einen im Gehäuse vorgesehenen Absatz eingesetzt ist. Sie kann im Gehäuse 3 verschraubt sein. Zusätzlich wird sie vom Deckel 5 gegen das Gehäuse 3 verspannt (siehe insbesondere 2).
Beim Wälzlager 42 handelt es sich um ein Vierpunktlager, da dieses eine geringfügige Abweichung der Ausrichtung der Mittelachse der Kugelumlaufmutter 40 von ihrer idealen Ausrichtung erlaubt. Somit kann sich die Kugelumlaufmutter 40 optimal ausrichten, falls die Spindel 60 aufgrund von wirkenden Querlasten in radialer Richtung ausgelenkt wird.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Vierpunktlager 42 einen Innenring 43 auf, der auf die Außenfläche der Kugelumlaufmutter 40 aufgepresst ist, sowie einen Außenring 44, der gehäusefest gehalten ist.
Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsvariante kann die Laufbahn für die Wälzlagerkugeln des Vierpunktlagers 42 auch unmittelbar in die Außenfläche der Kugelumlaufmutter 40 eingeschliffen werden.
Die Spindel 60 hat ein in 1 auf der rechten Seite angeordnetes Abtriebsende 62, das mit einem Führungskolben 68 zusammenwirkt, der im Gehäuse 3 verschiebbar aufgenommen ist und der wiederum mit dem Druckstößel 80 zusammenwirkt. Zu diesem Zweck ist der Führungskolben 68 mit einer konkaven Aufnahme 70 versehen, in die das vom Ausrückhebel der Kupplung abgewandte Ende des Druckstößels 80 eingreift.
Der Führungskolben ist in der Spindelführung 9 im Gehäuse 3 verschiebbar gelagert, so dass die Spindel 60 auch dann präzise axial ausgerichtet geführt ist, wenn vom Druckstößel 80 eine radiale Kraftkomponente ausgeübt wird.
Der Führungskolben 68 weist einen zylindrischen Fortsatz 66 auf, der eine Kolbenaufnahme 67 bildet, in der ein Entlastungskolben 64 aufgenommen ist. Der Entlastungskolben 64 weist auf seiner der Spindel zugewandten Seite eine konkave Aufnahme auf, in der das Abtriebsende 62 der Spindel 60 aufgenommen ist.
Der Entlastungskolben 64 ist in der Kolbenaufnahme 67 in axialer Richtung verschiebbar, wobei zwischen dem Entlastungskolben 64 und dem Führungskolben 68 eine Entlastungsfeder 74 angeordnet ist, die den Entlastungskolben 64 relativ zum Führungskolben 68 aus der Kolbenaufnahme 67 heraus in axialer Richtung hin zur Spindel 60 beaufschlagt.
Die Entlastungsfeder 74 ist hier angeordnet zwischen einem Boden der Aufnahme, die innerhalb des Fortsatzes 66 gebildet ist, und einem Absatz am Entlastungskolben 64. Abweichend von der gezeigten Ausführungsform, bei der die Entlastungsfeder 74 einen Abschnitt des Entlastungskolbens 64 außen umgibt, kann die Entlastungfeder 74 auch in einer Aussparung des Entlastungskolbens 64 angeordnet sein, die zum Führungskolben 68 hin geöffnet ist.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Fortsatz 66 auf seiner offenen, vom Druckstößel 80 abgewandten Seite einen Sicherungsring 76 auf, so dass der Entlastungskolben 64 unverlierbar innerhalb der Kolbenaufnahme 67 des Fortsatzes 66 gehalten ist.
Der Entlastungskolben 64 weist auf seiner Außenumfangsfläche eine Nut 78 auf, in der ein Gleitelement 79 angeordnet ist. Das Gleitelement 79 ist hier ein geschlitzter Ring aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE. Das Gleitelement 79 gewährleistet, dass der Entlastungskolben 64 innerhalb des Fortsatzes 66 mit geringer Reibung in axialer Richtung verschiebbar ist.
Um auch den Führungskolben 68 reibungsarm zu lagern, sind zwei Gleitelemente 79 vorgesehen, die ebenfalls als geschlitzte Kunststoffringe aufgeführt sind, die vorzugsweise aus PTFE bestehen. In gleicher Weise wie beim Entlastungskolben 64 sind die Gleitelemente 79 in jeweils einer Nut 78 in der Außenumfangsfläche angeordnet. Sie führen daher den Führungskolben 68 innerhalb der Spindelführung 9.
In der Spindelführung 9 ist eine Druckfeder 82 angeordnet, die sich zwischen der Kugelumlaufmutter 40 und dem Führungskolben 68 abstützt, diese also voneinander weg beaufschlagt. Auf der Seite der Kugelumlaufmutter 40 stützt sich die Druckfeder 82 dabei an einer Widerlagerplatte 84 ab.
Auf der Seite des Führungskolbens 68 stützt sich die Druckfeder 82 an einem Widerlagerring 86 ab, der aus Kunststoff besteht. Dieser wiederum liegt an einem Ringmagneten 88 an, der ebenso wie der Widerlagerring 86 auf dem Fortsatz 66 angeordnet ist. Aufgrund der Wirkung der Druckfeder 82 ist der Ringmagnet 88 am Führungskolben 68 positioniert und gehalten und bewegt sich zusammen mit diesem.
Weiterhin ist der Außenring 44 des Vierpunktlagers 42 mittels einer Tellerfeder 89 axial vorgespannt, so dass die Kugelumlaufmutter 40 immer in einer definierten, stabilisierten Position gehalten ist. Die Tellerfeder stützt sich mit ihrem Außenumfang am Außenring 44 des Vierpunktlagers 42 ab und mit ihrem Innenumfang an der Widerlagerplatte 84.
Der Ringmagnet 88 wirkt mit einem Positionssensor 90 zusammen, der auf der Außenseite des Fortsatzes 66 des Führungskolbens 68 angeordnet ist. Beim Positionssensor 90 kann es sich um einen Hall-Sensor oder GMR-Sensor handeln.
Alternativ zum Ringmagnet 88 kann auch ein Segmentmagnet mit entsprechender Verdrehsicherung am Führungskolben 68 eingesetzt werden.
Alternativ zu einem Messsystem mit Hall- oder GMR-Sensor ist auch ein induktives Messsystem möglich. In diesem Fall würde anstatt des Ringmagneten ein Target verwendet.
Ein weiterer Sensor ist zur Erfassung der Drehung der Motorwelle 16 vorgesehen. Dieser Sensor ist im Bereich der Montageöffnung 4 angeordnet (siehe insbesondere die 6 bis 8).
Auf der Motorwelle 16 ist ein Magnet 92 angeordnet, dessen Magnetfeld von einem Sensor 94 erfasst werden kann. Beim Sensor 94 handelt es sich insbesondere um einen GMR-Sensor. Alternativ ist grundsätzlich auch möglich, einen Hall-Sensor zu verwenden.
Der Sensor 94 ist auf einem Träger angeordnet, der hier gebildet ist durch eine Leiterplatte 96, die fest mit einem Halter 98 aus Kunststoff verbunden ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 96 mit dem Halter verschraubt.
Die Leiterplatte 96 ist zusammen mit dem Halter 98 in einer Tasche 99 angeordnet, die sich bezogen auf die Mittelachse der Motorwelle 16 in radialer Richtung erstreckt und die Montageöffnung 4 schneidet.
Für eine präzise Funktionsweise des Sensors 94 ist es wichtig, dass dieser präzise relativ zur Motorwelle 16 ausgerichtet ist. Hierfür wird bei der gezeigten Ausführungsform die Montageöffnung 4 verwendet.
In der Montageöffnung 4 ist ein Stopfen 100 eingesetzt, der mit einer Halteöffnung 102 im Halter 98 der Leiterplatte 96 zusammenwirkt.
Der Stopfen 100 weist einen Körperteil 104 auf, dessen Außenabmessungen dem Innendurchmesser der Montageöffnung 4 entspricht. Ferner ist der Körperteil 104 mit einem Dichtring 106 versehen, der innerhalb der Montageöffnung 4 abdichtet. Weiterhin ist der Stopfen 100 mit einem Rastfortsatz 108 versehen, der mehrfach geschlitzt ist, so dass er in radialer Richtung zusammengedrückt werden kann.
Der Rastfortsatz 108 greift in die Halteöffnung 102 ein, so dass der Halter 98 und damit über die Leiterplatte 96 auch der Sensor 94 relativ zur Montageöffnung 4 positioniert ist. Da die Montageöffnung 4 als Passbohrung ausgeführt ist, die konzentrisch zur Mittelachse der Motorwelle 16 ist, ist somit auch der Sensor 94 auf die Mittelachse der Motorwelle 16 zentriert.
Wie in 7 zu sehen ist, weist die Leiterplatte 96 an ihrem vom Sensor 94 abgewandten Ende mehrere Anschlusskontakte 110 auf. Hier kann entweder ein Kabel 112 angeschlossen werden, mit dem die Leiterplatte 96 mit einer Hauptplatine verbunden wird, oder die Anschlusskontakte 110 können als Einpresskontakte (siehe 9) ausgeführt werden, die in entsprechende Kontaktöffnungen einer Hauptplatine 114 eingeschoben werden, wenn die Hauptplatine 114 montiert wird.
In den 10 bis 13 sind Details des Getriebes 20 zu sehen.
Gemäß der hier gezeigten Variante ist die Grundplatte 34 mit mehreren Schrauben 114 im Gehäuse 3 befestigt.
Besonderes Merkmal des Getriebes 20 ist, dass eine Fettführung vorgesehen ist, die dafür sorgt, dass an der Verzahnung vorhandenes Fett nicht in andere Bereiche abwandern kann.
Die Fettführung besteht zum einen aus einer Buchse 120, die die Abtriebsverzahnung 30 des Zwischenzahnrades 24 umgibt (mit Ausnahme des Bereichs, der den Eingriff in die Antriebszähne 26 der Kugelumlaufmutter 40 ermöglicht).
Die Fettführung weist weiterhin einen Bund 122 auf, der einstückig mit dem Deckel 5 ausgeführt ist und sich vom Deckel hin zur Grundplatte 34 erstreckt. Der Bund 122 umgibt dabei das Ritzel 22, das Zwischenzahnrad 24 und die Antriebszähne 26 der Kugelumlaufmutter 40.
In den 14 und 15 ist zu sehen, wie die Spindel 60 drehfest gehalten ist, so dass sie sich nicht mitdreht, wenn die Kugelumlaufmutter 40 angetrieben wird.
Am dem Abtriebsende 62 der Spindel 60 gegenüberliegenden Ende ist diese mit einem Schlitten 130 versehen, der drehfest auf der Spindel 60 angebracht ist. Hierfür kann die Spindel 60 an diesem Ende mit einem Vierkant, einem Sechskant oder einer anderen geeigneten Geometrie versehen sein.
Der Schlitten 130 ist verschiebbar in einer Schiebeführung 132 aufgenommen, wobei die Schiebeführung innenseitig mit zwei Längsnuten 134 versehen ist, ist in die geeignete Nasen 135 des Schlittens 130 eingreifen. Der Schlitten 130 ist dadurch in axialer Richtung innerhalb der Schiebeführung 132 verschiebbar. Außerdem ist er in gewissen Grenzen in radialer Richtung verschiebbar, da die Abmessungen der Nasen 135 geringfügig kleiner sind als die Abmessungen der Längsnuten 134.
Die Schiebeführung 132 ist ein Bauteil aus Kunststoff, das in den Deckel 5 des Gehäuses 3 eingerastet ist. Hierfür können Rastlaschen 136 verwendet werden.
In 16 sind die geometrischen Verhältnisse bei der Verstellung des Druckstößels 80 gezeigt. Sein vorderes Ende ist zwischen den beiden mit dem Bezugszeichen 80₁ und dem Bezugszeichen 80₂ bezeichneten Positionen verstellbar. Die Position 80₂ entspricht einer ausgerückten Kupplung im Neuzustand. Im eingerückten Position befindet sich das vordere Ende des Druckstößels 80 (bei neuer Kupplung) ca. 25 mm links von der Position 80₂ .
Der Hub des Druckstößels 80 beträgt in der Größenordnung von 80 mm, so dass ein Hub in der Größenordnung von 55 mm zum Nachstellen des Ausrückhebels bei Verschleiß zur Verfügung steht.
Aus dem Radius des Ausrückhebels, der etwa 160 mm beträgt, und dem maximalen Verstellweg des Druckstößels von 80 mm resultiert eine Schwenkbewegung des Druckstößels 80 um etwa 4 Grad zwischen den beiden Maximalpositionen 80₁ , 80₂ , da das mit dem Ausrückhebel zusammenwirkende Ende des Druckstößels 80 zwischen der ein- und der ausgerückten Stellung auch eine radiale Bewegung ausführt.
Um die Belastungen auf den Führungskolben 68 möglichst gering zu halten, ist die Mittelachse M der Spindel 60 so ausgerichtet, dass sie sich etwa mittig zwischen der Ausrichtung des Druckstößels 80 in den beiden Extrempositionen 80₁ und 80₂ befindet.
Der mögliche Verschiebeweg des Führungskolbens 68 in der Spindelführung 9 ist deutlich größer als der Hub zum Betätigen der Kupplung. Dies liegt daran, dass der Kupplungsaktuator 1 zum Nachstellen des Ausrückhebels bei Verschleiß verwendet wird. Im Neuzustand der Kupplung befindet sich der Führungskolben 68 nahe des rechten Endes der Spindelführung 9 und wird von dort um den Betätigungshub nach rechts verstellt. Gegen Ende der Lebensdauer der Reibbeläge der Kupplung befindet sich der Führungskolben 68 am linken Ende der Spindelführung 9 und wird von dort um den Betätigungshub nach rechts verstellt.
Wenn der Kupplungsaktuator 1 die Kupplung einrückt, also den Ausrückhebel freigibt, indem die Spindel 60 von der Kugelumlaufmutter 40 nach links (bezogen auf 1) angetrieben wird, führt die Spindel 60 immer einen Hub aus, der um 1 bis 2 mm größer ist als der Hub des Druckstößels 80. Beim Einrücken der Kupplung kann über den Positionssensor 90 und den Ringmagneten 88 erkannt werden, wann der Führungskolben 68 unter der Wirkung der Kupplungsfeder nicht weiter innerhalb der Spindelführung 9 verstellt wird.
Nachdem der Führungskolben 68 zum Stillstand gekommen ist, wird aber die Spindel 60 weiterverstellt. Dadurch hebt der Entlastungskolben 64 unter der Wirkung der Entlastungsfeder 74 vom Boden der Kolbenaufnahme 67 innerhalb des Fortsatzes 66 ab. Der Elektromotor 10 wird zu diesem Zweck so lange weiter betrieben, bis der Entlastungskolben 64 um den funktionell gewünschten Abstand (ca. 2 mm) vom Führungskolben 68 getrennt ist. Das hierfür gewünschte Signal über die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors 10 wird vom Sensor 94 bereitgestellt. Der funktionell benötigte Abstand von ca. 2 mm zwischen dem Entlastungskolben 64 und dem Führungskolben 68 gewährleistet, dass die Spindel 60 und damit die Kugelumlaufmutter 40 vom Druckstößel 80 getrennt sind und somit keine Vibrationen und Lastwechselschläge auf die Kugelumlaufmutter 40 übertragen werden können.
Wenn die Kupplung ausgerückt werden soll, wird zuerst das Spiel zwischen dem Entlastungskolben 64 und dem Führungskolben 68 beseitigt. Anschließend drückt die Spindel 60 den Führungskolben 68, bezogen auf 1, nach rechts, so dass die Kupplung ausgerückt wird.

Claims

Elektrischer Kupplungsaktuator (1) mit einem Gehäuse (3), einem Elektromotor (10), einem Getriebe (20) und einer Spindel (60), die über das Getriebe (20) mit dem Elektromotor gekoppelt ist, wobei die Spindel (60) ein Abtriebsende (62) aufweist, das an einem Entlastungskolben (64) angreift, der verschiebbar an einem Führungskolben (68) angebracht ist, der im Gehäuse (3) verschiebbar gelagert ist, wobei der Entlastungskolben (64) elastisch vom Führungskolben (68) weg zur Spindel (60) beaufschlagt wird.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Entlastungskolben (64) und dem Führungskolben (68) eine Entlastungsfeder (74) angeordnet ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsfeder (74) zu einem Großteil innerhalb einer Federaufnahme angeordnet ist, die innerhalb des Entlastungskolbens (64) ausgebildet ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsfeder (74) sich um eine Außenfläche des Entlastungskolbens (64) herum erstreckt.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsfeder (74) eine Vorspannkraft in der Größenordnung von 10 N bis 50 N bereitstellt.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des Entlastungskolbens (64) relativ zum Führungskolben (68) in der Größenordnung von 1 mm bis 4 mm liegt.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungskolben (64) in einer Kolbenaufnahme (67) am Führungskolben (68) angeordnet ist, die am der Spindel (60) zugewandten Ende offen ist, wobei ein Sicherungsring (76) am axialen Ende der Kolbenaufnahme (67) angeordnet ist, so dass der Entlastungskolben (64) in der unverlierbar in der Kolbenaufnahme (67) gehalten ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungskolben (64) in eine Kolbenaufnahme (67) im Führungskolben (68) eingesteckt und in dieser verrastet ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nut (78) in der Außenumfangsfläche des Entlastungskolbens (64) und/oder des Führungskolbens (68) vorgesehen ist, wobei in der Nut (78) ein Gleitelement (79) angeordnet ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (79) ein geschlitzter Ring aus Kunststoff ist, insbesondere aus PTFE.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Führungskolben (68) ein Ringmagnet (88) angeordnet ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (88) von einer Druckfeder (82), die sich zwischen dem Führungskolben (68) und dem Gehäuse (3) abstützt, gegen den Führungskolben (68) gedrückt wird.
Elektrischer Kupplungsaktuator nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionssensor (90) im Gehäuse (3) vorgesehen ist, mit dem die Position des Führungskolbens (68) erfasst wird.