DE19728825C1 - Stelleinrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Geberzylinders einer Kraftfahrzeug-Reibungs­ kupplung, mit einem eine Verzahnung aufweisenden Stellglied, das über ein verzahntes Antriebselement gegen mindestens einen An­ schlag in mindestens eine definierte Endlage bewegbar ist.

Eine solche Stelleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 44 33 824 A1 oder der DE 195 03 137 C1 bekannt.

Die aus der DE 195 03 137 C1 bekannte Stelleinrichtung verwendet als Stellglied eine Zahnstange, die über ein Zahnrad angetrieben wird. Die Stelleinrichtung gemäß der DE 44 33 824 A1 verwendet stattdessen ein Segment-Zahnrad, das über seine Verzahnung von einer auf einer Antriebswelle angeordneten Spindel gegen einen gehäusefesten Anschlag in eine definierte erste und zweite End­ lage verdrehbar ist, wobei der Anschlag in Anschlagrichtung dämpfend ausgebildet ist.

Mit ihr kann in einem Kraftfahrzeug elektronisch geregelt ein- und ausgekuppelt werden, so daß der Fahrer von der Kupplungsbe­ tätigung befreit ist und über den Schalthebel nur den gewünsch­ ten Gang einzulegen braucht. Aus Gewichtsgründen ist das Stell­ glied aus Kunststoff gefertigt, während die Antriebsspindel, die von einem Elektromotor angetrieben wird, aus Metall besteht. Im Elektromotor ist ein Inkrementalgeber vorgesehen, der die aktu­ elle Position, das heißt den Drehwinkel des Stellgliedes erkennt und dafür sorgt, daß das Stellglied in beiden Endlagen (erste Endlage: voll eingekuppelt; zweite Endlage: voll ausgekuppelt) gegen den Anschlag anläuft, der aus Sicherheitsgründen zur Be­ grenzung des Verstellweges vorgesehen ist. Um eine Bauteilzer­ störung bei zu hartem Anschlagen des Stellgliedes an den An­ schlag zu vermeiden, ist dieser mit einer Elastomerschicht ver­ sehen, die die Bewegung dämpft.

Problematisch an den bekannten Stelleinrichtungen ist, daß der Inkrementalgeber im Motor nur in der Lage ist, Relativpositionen zu erfassen. Kommt es zu einer Störung in der Elektronik, bei­ spielsweise ein Reset, so ist es möglich, daß dabei die Informa­ tion über die Postion der Mechanik und damit auch des Stellglie­ des verloren geht. Befindet sich beispielsweise das Segment- Zahnrad bei dieser Störung in Bewegung, dreht es sich ungebremst gegen den Anschlag. Die weitere Bewegung wird zwar gedämpft, dennoch ist möglich, daß sich die Spindel weiterdreht, da die Endposition nicht erkannt wird. Die in der Endlage mit der Spin­ del in Verbindung stehenden Zähne der Verzahnung des Segment- Zahnrades werden dann beschädigt und brechen ab, da sie weicher sind als die Spindel. Die Stelleinrichtung ist dann un­ brauchbar.

Der Anschlag könnte als Anschlaggummi ausgebildet werden. Durch den progressiven Kraft-Weg-Verlauf müßte er jedoch extrem groß dimensioniert werden, um die entstehende Bewegungsenergie der Stellgliedmechanik aufzunehmen bzw. abzubauen. Hierzu ist im Ge­ häuse der Stelleinrichtung aber in aller Regel kein ausreichen­ der Raum zur Verfügung, weil an alle Bauteile in modernen Fahr­ zeugen die Forderung nach möglichst kompakter Bauweise gestellt ist, da infolge laufender Fahrzeugoptimierung und zunehmender Ausstattungsvielfalt der für die einzelnen Aggregate zur Verfü­ gung stehende Bauraum kleiner wird.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll die eingangs beschrie­ bene Stelleinrichtung so verbessert werden, daß eine Beschädi­ gung der Verzahnung des Stellgliedes für den Fall ausgeschlossen ist, daß es bereits seine Endlage erreicht hat, ohne daß der An­ trieb abschaltet.

Zur Problemlösung zeichnet sich eine gattungsgemäße Stellein­ richtung dadurch aus, daß die Verbindung zwischen der Verzahnung des Stellgliedes und des Antriebselements lösbar ist, wenn das Stellglied mit erhöhter Kraft an den mindestens einen Anschlag anschlägt.

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß der Antriebsmotor für das Antriebselement ein hohes Massenträgheits­ moment besitzt, so daß, um einen einwandfreien Betrieb zu ge­ währleisten, dieser über die Steuerung rechtzeitig abgeschaltet werden muß, damit das Stellglied seine Endlage erreicht, ohne durch den Anschlag in seiner Bewegung gestoppt zu werden, son­ dern langsam gegen diesen anzustoßen wird. Für den Fall eines Elektronikausfalls, wird das Stellglied folglich mit unveränder­ ter Geschwindigkeit auf den Anschlag aufschlagen, was durch die Impulsübertragung zu einer entsprechend freien Kraft führt, die verwendet werden kann, um die Verzahnung und das Antriebselement zu trennen. Der Antrieb läuft dann frei, so daß eine Beschädi­ gung der Verzahnung wirksam ausgeschlossen ist.

Um einen Bruch des Stellgliedes zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen der Verzahnung und dem Antriebselement auch dann lösbar ist, wenn das Stellglied in eine zweite defi­ nierte Endlage bewegbar ist und dort mit erhöhter Kraft an den dieser Endlage zugeordneten Anschlag anschlägt.

Vorzugsweise ist das Stellglied ein Segment-Zahnrad. Das Segment-Zahnrad kann in einem Gehäuse gelagert sein. Dann kann der mindestens eine Anschlag vorzugsweise gehäusefest ausgebil­ det sein.

Vorteilhaft ist es, wenn der Anschlag dämpfend ausgebildet ist, so daß durch ihn eine Rückstellkraft für das Antriebselement aufgebracht werden kann.

Vorzugsweise sind die Zähne im Bereich des Anfangs und des Endes der Verzahnung gegenüber den übrigen Zähnen kürzer ausgebildet. Dieser Bereich ist so groß gewählt, daß er dem Wert entspricht, der von dem Segment-Zahnrad nach Anschlagen auf den Anschlag in­ folge dessen elastischer Dämpfung noch zurückgelegt wird. Durch die verkürzte Ausbildung der Zähne greifen diese nicht in die Spindel ein, sondern können gegebenenfalls beim Kämmen aus der Spindel herausgedrückt werden, ohne zu brechen. Wird die Kraft­ einleitung auf das Segmentzahnrad durch Abstellen des Motors beendet, federt der Anschlag in seine Ausgangslage zurück und bringt die längeren Zähne der Verzahnung in Eingriff mit der Spindel, so daß die Stelleinrichtung für einen Neubeginn wieder in ihrer Nullstellung steht.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antriebs­ welle in radialer Richtung beweglich. Dadurch kann sie der Kraft, die als Reaktionskraft beim Anschlagen in das Stellglied zurückgeleitet wird, ausweichen, wodurch ebenfalls eine Trennung der Verzahnung von der Spindel erfolgt und eine Beschädigung ausgeschlossen ist. Kräfte die beim anschließenden Weiterdrehen der Spindel von dieser auf das Stellglied ausgeübt werden, füh­ ren ebenfalls dazu, daß die Welle ausweicht.

Eine einfache konstruktive Ausgestaltung, die radiale Beweglich­ keit der Antriebswelle zu garantieren, ist gegeben, wenn die An­ triebswelle nur einseitig gelagert ist. Vorzugsweise erfolgt dies nur über das Lager im Antriebsmotor. Dadurch wird die Welle in geringen Maßen instabil und weicht infolge zu hoher auf sie einwirkender Kräfte aus.

Eine andere Möglichkeit des Trennens der Verzahnung von der Spindel besteht dann, wenn das Stellglied gegen die Kraft einer Feder axial verschiebbar ist. Die Reaktionskraft beim Aufschla­ gen des Stellgliedes auf den Anschlag wird hier dazu benutzt, daß sich dieses in axialer Richtung bewegt und so die Verzahnung aus der Spindel herausgezogen wird. Solange die Spindel sich dreht ist ein erneutes Eingreifen der Verzahnung in diese ausge­ schlossen. Steht die Spindel still, bewegt die Feder das Stell­ glied in seine Ursprungslage zurück.

Ein Trennen der Verzahnung des Stellglieds von der Spindel ist auch möglich, wenn die Spindel (das Antriebselement) gegen die Kraft einer Feder axial verlagerbar ist. Hierzu kann der die Spindel antreibende Elektromotor, der mit dem Gehäuse ver­ schraubt ist, axial beweglich angeordnet werden, indem beispiels­ weise zwischen dem Gehäuse und den Schraubenköpfen Druckfedern angeordnet werden.

Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 - eine teilweise geschnittene Draufsicht einer elektro­ motorischen Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug- Reibungskupplung;

Fig. 2 - die Draufsicht auf ein Segment-Zahnrad, das entspre­ chend einer Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist;

Fig. 3 - eine vergrößerte Draufsicht auf ein Segment-Zahnrad in Normalstellung;

Fig. 3a - die Ansicht des in radialer Richtung ausgewichenen Segment-Zahnrades nach Fig. 3;

Fig. 4 - die Draufsicht auf den Antriebsmotor 4;

Fig. 5 - die Ansicht des Antriebsmotors gemäß Sichtpfeil V nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt die Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug- Reibungskupplung mit einem hydraulischen Ausrückersystem.

Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Stelleinrichtung ist ausführlich in der DE 44 33 824 A1 beschrieben, so daß deren Offenbarungsgehalt in vollem Umfang zum Gegenstand der nachfol­ genden Erfindungsbeschreibung gemacht werden kann.

Die Stelleinrichtung besteht aus dem Gehäuse 7, mit dem daran angeflanschten Elektromotor 4 und dem hydraulischen Geberzylin­ der 3. Das Stellglied 1 ist mit der Kolbenstange 2 des Geberzy­ linders 3 verbunden und im Gehäuse 7 um eine Drehachse A gela­ gert. An dem Stellglied 1 sind zwei Anschlagflächen 10, 11 aus­ gebildet, die mit dem gehäusefesten Anschlag 8 zusammenwirken. In seinen beiden Endstellungen liegt das Stellglied 1 mit den Anschlagflächen 10 bzw. 11 an dem Anschlag 8 an. Der Anschlag 8 ist mit einer Elastomerumhüllung 9 versehen, die ihm in Be­ wegungsrichtung dämpfende Eigenschaften verleiht. Die Antriebs­ welle 5 des Elektromotors 4 ragt in das Gehäuse 7 hinein und weist an seinem Ende eine Spindel 6 auf, die in Eingriff mit der Verzahnung 14 des Stellgliedes 1 steht. Bei einer Drehbewegung der Spindel 6 wird das Stellglied 1 um die Achse A gedreht. Die Welle 5 des Elektromotors 4 ist nur einseitig im Motor gelagert und weist keine zusätzliche Lagerstelle im Gehäuse 7 auf. Wird das Stellglied 1 aus seiner in der Figur gezeigten, den einge­ kuppelten Zustand bewirkenden Endlage gegen den Uhrzeigersinn so weit verdreht, daß die Anschlagfläche 11 an den Anschlag 8 an­ stößt, befindet es sich dann in seiner zweiten Endlage, in der die Kolbenstange 2 in den Geberzylinder 3 eingefahren und die hier nicht dargestellte Kupplung voll geöffnet ist. Schaltet der Motor 4 nicht rechtzeitig ab, bevor die Anschlagfläche 11 den Anschlag 8 berührt hat, schlägt das Stellglied 1 mit hoher Ge­ schwindigkeit auf den Anschlag 8 auf, wobei die Elastomerschicht 9 die Aufschlagbewegung zunächst dämpft. Die bei dem ungebrem­ sten Aufschlagen auf den Anschlag 8 in die Stelleinrichtung 1 eingeleitete Reaktionskraft bewirkt, daß die nur einseitig gela­ gerte Welle 5 radial ausweicht und die Spindel 6 außer Eingriff mit der Verzahnung 14 kommt. Die Welle 5 dreht dann solange frei weiter, bis sie still steht. Ein erneutes Eintauchen der Verzah­ nung 14 in die Spindel 6 ist solange ausgeschlossen, wie sich die Welle 5 dreht. Erst bei Stillstand der Spindel 6 findet kei­ ne Krafteinwirkung auf die Verzahnung 14 mehr statt, so daß die Welle 5 zurückschwenken kann.

Fig. 2 zeigt ein Segment-Zahnrad 1, dessen Verzahnung 14 an ihren beiden Enden 12, 13 kürzer ausgeführt ist als im übrigen Bereich. Der Bereich der verkürzten Zähne entspricht dem Be­ reich, den das Stellglied 1 noch überstreicht, wenn es unge­ bremst auf den Anschlag 8 aufschlägt und durch die elastische Deformation der Elastomerschicht 9 noch weiter zurücklegen kann. In diesem Fall stehen dann kürzere Zähne der Spindel 6 gegen­ über, so daß keine die Zähne in diesem Bereich zerstörenden Kräfte von der Spindel 6 in das Stellglied 1 geleitet werden können. Steht die Welle 5 still, federt die Elastomerschicht 9 in ihre Ursprungslage zurück und verdreht damit das Stellglied 1 so weit, daß wieder die Verzahnung 14 mit ursprünglicher Zahn- Höhe in die Spindel 6 eingreift.

Um eine radiale Ausweichbarkeit des Segment-Zahnrades 1 zu ge­ währleisten und dadurch die Verbindung zwischen der Verzahnung 14 und der Spindel 6 lösen zu können, ist die Achse 17 in einer Hülse 15 gelagert und die Hülse 15 in einer Elastomerschicht 16 eingebettet. Sowie auf die Verzahnung 14 eine zu hohe Kraft aus­ geübt wird, weicht das Segment-Zahnrad 1 gegenüber der Hülse 15 aus (vergl. Fig. 3a).

Denkbar ist es auch, die Spindel 6 in axialer Richtung verlager­ bar auszubilden. Hierzu kann der Elektromotor 4, der über Schrauben 18 am Halter 20 angeflanscht ist, axial verschieblich ausgebildet sein. Eine einfache axiale Verschiebbarkeit wird gewährleistet, wenn zwischen die Köpfe der Schrauben 18 und dem Halter 20 Druckfedern 19 eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Segment-Zahnrad/Stellglied

2

Kolbenstange

3

Geberzylinder

4

Elektromotor/Motor

5

Welle/Antriebswelle

6

Spindel/Antriebselement

7

Gehäuse

8

Anschlag

9

Elastomerschicht

10

Anschlagfläche

11

Anschlagfläche

12

Ende

13

Ende

14

Verzahnung

15

Hülse

16

Elastomer

17

Achse

18

Schraube/Befestigungsschraube

19

Feder/Druckfeder

20

Halter

21

Stange
ADrehachse

Claims (12)

1. Stelleinrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Geber­ zylinders (3) einer Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, mit einem eine Verzahnung (14) aufweisenden Stellglied (1), das über ein verzahntes Antriebselement (6) gegen mindestens einen Anschlag (8) in mindestens eine definierte Endlage bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Verzahnung (14) des Stellglieds (1) und des Antriebselements (6) lösbar ist, wenn das Stellglied (1) mit erhöhter Kraft an den mindestens einen Anschlag (8) anschlägt.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (1) in eine zweite definierte Endlage bewegbar ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stellglied (1) ein Segment-Zahnrad ist.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Segment-Zahnrad (1) in einem Gehäuse (7) gelagert ist.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Anschlag (8) gehäusefest ist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine Anschlag (8) dämpfend ausgebildet ist.

7. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (6) eine auf einer Antriebswelle (5) angeordnete Spindel ist.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich mindestens eines der beiden Enden (12, 13) der Verzahnung (14) die Zähne gegenüber den übri­ gen Zähnen kürzer ausgebildet sind.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) in radialer Richtung beweglich ist.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) nur einseitig gelagert ist.

11. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (6) gegen die Kraft einer Feder (19) axial verlagerbar ist.

12. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (1) gegen die Kraft einer Feder axial verschiebbar ist.