DE19832015B4

DE19832015B4 - Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19832015B4
Application number: DE19832015A
Authority: DE
Inventors: Dr. Berger Reinhard; Andreas Deimel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: FR2767168B1; KR100539840B1; IT1302141B1; JP2008121902A; GB2330186B; GB2330186A; JPH11117953A; FR2803347A1; FR2803347B1; DE19832015A1; JP2008292005A; KR19990023320A; ITMI981850A0; FR2767168A1; ITMI981850A1; BR9802847A; GB9816480D0

Abstract

Betätigungsvorrichtung (1) zur automatisierten Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Untereinheit (2), welche einen Antriebsmotor (4) und ein abtriebsseitiges Abtriebselement aufweist, sowie mit einem die Antriebsbewegung des Antriebsmotors (4) in eine Abtriebsbewegung des Abtriebselementes wandelnden Getriebe, mit einer zweiten Untereinheit (3), welche eine Elektronik, wie Leistungs- und/oder Steuerelektronik aufweist, wobei die erste (2) und die zweite Untereinheit (3) für sich jeweils als abgeschlossenes Modul ausgebildet sind und die erste Untereinheit (2) eine elektrische Steckverbindung (5) aufweist und die zweite Untereinheit (3) eine elektrische Steckverbindung (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Untereinheiten (2, 3) mittels dieser elektrischen Steckverbindungen (5, 24) direkt elektrisch verbunden sind und eine direkte mechanische Verbindung zwischen den beiden Untereinheiten (2, 3) mittels der elektrischen Steckverbindungen (5, 24) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung zur automatisierten Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.
Solche Betätigungsvorrichtungen, die beispielsweise durch die DE 195 04 847 A1 bekannt geworden sind, weisen in der Regel einen erhöhten Bauraum auf und weisen gleichzeitig einen in der Regel ungünstigen Wirkungsgrad auf. Ebenso sind diese Vorrichtungen meist umständlich zu montieren und zusammenzubauen.
In der DE 44 33 826 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betätigurigsvorrichtung zu schaffen, welche einen geringen Bauraum benötigt. Ebenso sollte die Betätigungsvorrichtung möglichst einfach herzustellen und zu montieren sein.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Betätigungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Da die mechanische Verbindung zwischen den Untereinheiten mittels der elektrischen Steckverbindung erfolgt, kann sowohl die elektrische als auch die mechanische Verbindung mittels des Steckers durchgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn zumindest eines der beiden Untereinheiten ein eigenes Gehäuse aufweist und die Untereinheit mit Gehäuse als ein für sich abgeschlossenes Modul ausgebildet ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine mit einem Gehäusen versehene Untereinheit als abgedichtete Untereinheit staubdicht und/oder flüssigkeitsdicht, wie wasserdicht, ausgebildet ist.
Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn eine mechanische Verbindung zwischen den Untereinheiten mittels zumindest einer mechanischen formschlüssigen Schnappverbindung erfolgt, wobei ein Element des einen Teils in eine Aufnahme des anderen Teils eingreift und einschnappt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die eine elektrische Steckverbindung als Stecker und die andere elektrische Steckverbindung als Buchse ausgebildet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse der zweiten Untereinheit, welches eine Elektronik, wie Leistungs- und/oder Steuerelektronik, aufnimmt, aus zumindest zwei Gehäuseschalen besteht, die miteinander verbindbar sind, wobei die Elektronik zwischen den Gehäuseschalen angeordnet ist. Zweckmäßig ist es dabei, wenn zumindest eine Gehäuseschale der zweiten Untereinheit aus Kunststoff besteht. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Gehäuseschale der zweiten Untereinheit aus Metall besteht. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die zweite Untereinheit eine weitere elektrische Steckverbindung zur Erreichung einer elektrischen Verbindung mit anderen Fahrzeugelektronikeinheiten und/oder Sensoren aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Untereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Untereinheit,
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
4 eine Ansicht der Mechanik der Vorrichtung,
5 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung,
5a ein Ausschnitt der 5 und
5b ein Ausschnitt der 5,
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung 1 zur automatisierten Betätigung einer Kupplung, wie Reibungskupplung, Trockenreibungskupplung, naß laufende, in einem Fluid laufende Kupplung, Lamellenkupplung, Wandlerüberbrückungskupplung oder einer anderen Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsmotor und einem Getriebe. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine erste Untereinheit 2 und eine zweite Untereinheit 3 auf.
Die erste Untereinheit 2 umfaßt einen Antriebsmotor 4 der Betätigungsvorrichtung, eine elektrische Steckverbindung 5, wie Stecker oder Buchse, sowie ein Gehäuse 6 und ein Abtriebselement 7. Innerhalb des Gehäuses 6 ist ein Getriebe angeordnet, welches die Bewegung der Motorabtriebswelle in eine Bewegung des Abtriebselementes 7 umwandelt. Das Gehäuse 6 ist mit Befestigungsmitteln 8a, 8b und 8c, wie Befestigungsaugen, versehen, die zur Befestigung der ersten Untereinheit gegebenenfalls an der zweiten Untereinheit und/oder gegebenenfalls an einem Karosseriebauteil und/oder an einem Getriebebauteil oder Motorbauteil des Fahrzeuges verwendet wird. Durch die Befestigungsaugen können weitere Befestigungsmittel, wie Schrauben oder Stifte, eingreifen, die die Betätigungsvorrichtung mit einem Trägerelement an dem Fahrzeug verbinden. Vorzugsweise ist das eine Befestigungsauge 8c zwischen dem zylindrischen Bereich 6b und dem Elektromotor 4 angeordnet.
Das Gehäuse 6 und die Befestigungsaugen 8a bis 8c können aus Metall, wie Aluminiumguß, oder aus Kunststoff, wie zum Beispiel aus Polyamid oder faserverstärktem Kunststoff, wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid, bestehen. Ebenso können einzelne Bereiche des Gehäuses aus Metall und andere Bereiche aus Kunststoff bestehen. Die Befestigungsaugen 8a bis 8c sind als hohlzylindrische Bereiche ausgebildet, die an das Gehäuse in vorteilhafter Art angespritzt sind. Die Achsen der Hohlzylinder stehen in vorteilhafter Art senkrecht auf der Achse des Elektromotors 4.
Die Steckverbindung 5 kann auch als mechanische Verbindung mit Schnappverbindungen versehen sein, so daß die mechanische Verbindung der ersten Untereinheit mit einer zweiten Untereinheit auch mittels der Steckverbindung erfolgt. Die elektrische Steckverbindung dient der elektrischen Verbindung des Elektromotors 4 und gegebenenfalls innerhalb des Gehäuses oder des Poltopfes des Motors angeordneter Sensoren, wie Drehzahl oder Wegsensoren, mit einer elektronischen Steuereinheit und/oder elektrischen Stromversorgung.
Das Abtriebselement 7 wird bei Bestromung des Elektromotors 4 in axialer Richtung bewegt. An seinem Endbereich weist das Abtriebselement 7 einen im wesentlichen L-förmigen Bereich 10 auf, der eine Anlenkung oder einen Zapfen 11 für ein Kugelgelenk, ein Universalgelenk oder eine andere Verbindung trägt. Das Gehäuse im Bereich des axial beweglichen Abtriebselementes 7 ist mittels einer Dichtung 9, wie Faltenbalg, abgedichtet, derart, daß der eine Endbereich des Faltenbalgs 9a mit dem Abtriebselement abdichtend verbunden ist und der andere Endbereich 9b mit dem Gehäuse abdichtend verbunden ist. Der Faltenbalg 9 ist vorzugsweise aus einem flexiblen Material ausgebildet.
Der Antriebsmotor 4 weist eine Grundplatte 4a auf, die gegen eine Paßfläche 6a des Gehäuses 6 mittels Befestigungsmitteln, wie Schrauben, durch die Befestigungsöffnungen in der Grundplatte 4a befestigt wird.
Das Gehäuse 6 weist einen tubusförmigen oder zylinderförmigen Bereich 6b auf, in welchem im wesentlichen das Abtriebselement 7 aufgenommen ist. Dieser zylindrische Bereich weist in zumindest einem Teilbereich eine verzahnungsähnliche Außenkontur 12 auf, da in diesem Bereich im Inneren des Gehäuses 6b eine Innenverzahnung vorhanden ist. Vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse 6b aus Kunststoff hergestellt ist. Dabei kann der Bereich der Innenverzahnung vorzugsweise in einem Spritzgußverfahren in das zylindrische Gehäusestück 6b eingearbeitet werden.
Das Gehäuse 6 weist einen Gehäusedeckel 30 auf, der mittels eines Dichtelementes abdichtbar an dem Gehäuse befestigt werden kann. Als Dichtelement kann beispielsweise ein O-Ring in eine umlaufende Nut des Gehäuses 6 eingelegt sein. Der Deckel 30 ist mittels Befestigungsmitteln, wie Schrauben, am Gehäuse 6 befestigt. Dazu sind an dem Gehäuse Aufnahmebereiche 31 mit axialer Bohrung oder Gewinde vorgesehen, die die Schrauben aufnehmen.
Die 2 zeigt eine Ansicht der zweiten Untereinheit 3 der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1. Die Untereinheit besteht aus einem Gehäuse 20, 20 einem ersten Gehäuseteil 21 und einem zweiten Gehäuseteil 22, wie Grundplatte. Innerhalb des Gehäuses 20 ist die Leistungs- und/oder Steuerelektronik zur Steuerung der Betätigung der Kupplung angeordnet. Die Grundplatte 22 ist beispielsweise als Metallteil ausgebildet und kann gleichzeitig als Kühlblech wirken. Das andere Gehäuseteil 21 kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein. Die Gehäuseteile weisen Öffnungen 23a bis 23c zur Montage auf, wobei die Ausrichtung und Anordnung der Öffnungen 23a bis 23c der Ausrichtung und Anordnung der Öffnungen 8a bis 8c, wie Befestigungsaugen, entspricht. Das Gehäuse weist weiterhin konkave Bereiche 26 und 27 auf, die als Aufnahmen für die zylindrischen Elemente der ersten Untereinheit 2 dienen, wie dem zylindrischen Bereich 6b und dem Elektromotor 4. Der Bereich 28 ist eben ausgestaltet, da dieser den Gehäusebereich des Getriebes aufnimmt.
Das Gehäuse der zweiten Untereinheit 3 weist elektrische Steckverbindungen 24 und 25 auf. Die Steckverbindung 24 dient der Verbindung des Elektromotors 4 über den Stecker 5 der ersten Untereinheit 2 mit der Elektronik der zweiten Untereinheit 3. Die Steckverbindung 25 dient der Verbindung der Betätigungsvorrichtung 1 mit einer Stromversorgung und der Signalverbindung der Betätigungsvorrichtung 1 mit Sensoren und anderen Steuereinheiten, beispielsweise auch über einen Datenbus.
Die beiden Untereinheiten 2 und 3 sind als für sich abgeschlossene Module oder Funktionseinheiten montierbar und können als jeweilige Untereinheit in dem Herstellungsprozeß auf Funktionstüchtigkeit geprüft werden, bevor sie in einem weiteren Fertigungsschritt zu einer Einheit 1 miteinander verbunden werden.
Diese Verbindung kann aber auch erst bei der Montage im Fahrzeug am Herstellungsband des Fahrzeuges erfolgen.
Die 3 zeigt den Zusammenbau der ersten Untereinheit 2 mit der zweiten Untereinheit 3, wobei die Steckverbindung der Elemente 5 und 24 gewährleistet ist.
Die Betätigungsvorrichtung 1 betätigt eine Kupplung 500 im Antriebsstrang 507 eines Fahrzeuges 501 mit einem Motor 502 und einem Getriebe 503, dem eine Antriebswelle 504 und angetriebene Achsen 505, sowie angetriebene Räder 506 nachgeordnet sind.
Die 4 zeigt schematisch den mechanischen Aufbau der Betätigungsvorrichtung 100 ausgehend von dem Motor 101 bis hin zum Abtriebselement 150. Der Antriebsmotor 101 weist eine Abtriebswelle 103 auf, auf der ein Zahnrad 102 drehfest angeordnet ist. Das Zahnrad 102 weist beispielsweise eine zentrale Aufnahme auf, die eine von einer zylindrischen Öffnung abweichende Form aufweist, so daß eine nicht zylinderförmige Antriebswelle 103 des Motors 101 formschlüssig in die Aufnahme eingreifen kann. Das Zahnrad 102 kämmt ein Zwischenzahnrad 104, das auf der Achse 105 drehbar gelagert ist. Die Achse 105 ist beispielsweise einseitig an einem ihrer Endbereiche im Gehäuse 6 oder im Deckel 30 der 1 gelagert oder aufgenommen. Ebenso kann die Achse beidseitig an ihren Endbereichen sowohl im Gehäuse als auch im Deckel gelagert und aufgenommen sein. Das Zahnrad 104 kämmt das Zahnrad 106 zur Übertragung der motorseitigen Antriebsleistung auf das Abtriebselement 150.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Zahnrad 102 auch direkt das Zahnrad 106 kämmen, ohne daß ein Zwischenzahnrad vorhanden ist. Weiterhin könnte in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch ein zweites Zwischenzahnrad angeordnet sein.
Die Anordnung von zumindest einem Zwischenzahnrad 104 hat den Vorteil, daß die Durchmesser der Zahnräder 102 und 106 geringer werden bei gleichem Achsabstand, so daß der von den Zahnrädern benötigte Bauraum gering gehalten werden kann.
Mit dem Zahnrad 106 steht eine Spindel 107 in Antriebsverbindung, wobei zwischen der Spindel 107 und dem Zahnrad 106 vorzugsweise eine in der 4 nur teilweise dargestellte Rutschkupplung 108 angeordnet ist, welche das von dem Zahnrad 106 auf die Spindel 107 übertragbare Drehmoment begrenzt. Dabei weist die Rutschkupplung zwei Elemente auf, die sich reibschlüssig gegeneinander abstützen, wobei das eine Element Teil des Zahnrades ist oder mit diesem drehmomentübertragend verbunden ist und das zweite Element mit der Spindel drehmomentübertragend verbunden ist oder damit einteilig ausgebildet ist.
Die Spindel ist im Bereich des Ansatzes oder Zapfens 109 in einem Gehäuse der Vorrichtung mittels eines Lagers, wie Gleitlagers oder Wälzlagers drehbar gelagert.
Die Spindel greift in eine nicht dargestellte Mutter ein, die über eine Zentriereinrichtung mit dem zylindrischen Element 110 drehfest verbunden ist. Diese drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Verzahnungspaarung, das heißt Außenverzahnung an der Mutter und Innenverzahnung an dem zylindrischen Element realisiert sein. Zur drehfesten Führung kann schon eine geringe Zahl von Zähnen dienen, wie zumindest ein Zahn der Mutter in eine Aufnahme des zylindrischen Elementes eingreift. Ebenso kann das zylindrische Element 110 zumindest ein nach radial innen ragendes Element, wie zumindest einen Vorsprung aufweisen, welches in eine Aufnahme der Mutter eingreifen kann. Damit kann eine drehfeste Verbindung zwischen dem zylindrischen Element 110 und der Mutter realisiert werden. Die Mutter ist durch ein Bauteil mit Innengewinde realisiert, wobei die Außenkontur der Mutter eine im wesentlichen zylindrische oder auch kugelförmige Gestalt annehmen kann, die durch Ausnehmungen oder Aufstellungen von Zähnen oder ähnlichem weiter ausgebildet sein kann.
Unter Drehbewegung der Spindel 107 wird die drehfest aber axial verlagerbare Mutter und die damit im wesentlichen axial feste Aufnahme, wie das zylindrische Element 110, axial verlagert. Das zylindrische Element 110 weist an seinem einen Bereich einen Anlenk- oder Aufnahmebereich auf, an welchen sich ein Kraftspeicher 120, wie eine Feder, an einem Endbereich 120b zumindest abstützt oder aufgenommen ist. Der Kraftspeicher 120 ist an seinem anderen Endbereich 120a an dem Gehäuse oder an einer Anlenkung 121 abgestützt oder aufgenommen.
Das Abtriebselement 150 mit einem gestängeähnlichen Element 112 ist mit den zylindrischen Element 110 wirk- oder antriebsverbunden oder einteilig ausgebildet. An dem Endbereich des Elementes 113 ist ein L-förmiges Bauteil angeordnet, welches einen Kugelkopf 114 eines Kugelgelenkes oder eine Anlenkung einer Gelenkverbindung trägt.
Die 5, sowie die 5a in einem Ausschnitt, zeigt einen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 zur automatisierten Betätigung einer Kupplung, wie Reibungskupplung. Das Steuergerät kann innerhalb einer Untereinheit angeordnet sein oder aber auch in einem anderen Ausführungsbeispiel in einem separaten Gehäuse. Innerhalb der einen Untereinheit 201 ist vorzugsweise das elektronische Steuergerät 202 der Vorrichtung angeordnet, wobei bei einem anderen Ausführungsbeispiel das Steuergerät auch innerhalb einem anderen, wie separaten, Gehäuse angeordnet ist. Die Steuereinheit kann auch innerhalb eines zentralen Steuergerätes beispielsweise mit der Motorsteuerung und/oder Getriebesteuerung integriert sein.
Der Aktor, wie die Vorrichtung zur Betätigung der Kupplung, kann als Untereinheit ausgebildet sein, die mit der Untereinheit des Steuergerätes zu einer kompakten Einheit, wie Baueinheit, verbindbar ist.
Die Untereinheit 205 des Aktors ist mittels des Steckers 206 und der Buchse 203 mit der Untereinheit des Steuergerätes elektrisch verbindbar. Mittels dieses Steckers 206 und der Buchse 203 wird gleichzeitig auch eine mechanische Verbindung hergestellt, wenn Stecker und Buchse ineinander greifen.
Der Steckverbindung 204, wie die Buchse oder der Stecker, dienen der elektrischen Verbindung und elektronischen Signalverbindung zwischen der Vorrichtung und der elektrischen Stromversorgung des Fahrzeuges, wie Fahrzeugbatterie, und anderen Fahrzeugsteuereinheiten oder mit Sensoren. Unter anderen Fahrzeugsteuereinheiten ist zumindest eine der folgenden Steuereinheiten umfaßt: Motorsteuerung, Getriebesteuerung, Antiblockiersystem-Steuerung, Antischlupfregelungs-Steuersystem, CAN-Bus, etc.
Der Aktor, wie die mechanische Betätigungsvorrichtung 205, weist einen Elektromotor 210 auf. Der Motor 210 weist eine Abtriebswelle 211 auf, die an ihrem motorfernen Endbereich innerhalb des Gehäuses 220 des Aktors 205 gelagert sein kann. Die Welle 211 kann auch innerhalb des Motorgehäuses 221 gelagert sein. Auf der Welle 211 ist ein Zahnrad 212 drehfest angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 212 mit einer Innenverzahnung 214 ausgebildet, die beispielsweise als Kerbverzahnung ausgebildet ist. Diese Innenverzahnung 214 steht in Eingriff mit einer Außenverzahnung der Motorwelle 211. Das Zahnrad 212 ist axial mit einem Sicherungsring 213, wie Sprengring, auf der Welle gesichert, wobei der Sicherungsring in eine Umfangsnut der Welle eingreift und das Zahnrad gegen ein axiales Verschieben sichert.
Das Zahnrad 211 kämmt ein Zwischenzahnrad 215, welches mittels des Lagerbolzens 216 drehbar gelagert ist. Der Lagerbolzen ist dazu in zumindest einem seiner Endbereiche in eine Aufnahme 217 des Gehäuses aufgenommen. Vorteilhaft ist es, wenn die beiden axialen Endbereiche des Lagerbolzens 216 in Aufnahmen 217 aufgenommen sind. Die Aufnahmen können als Löcher oder Bohrungen im Gehäuse/Gehäusedeckel mit Gleit oder Wälzlagerung ausgebildet sein.
Das Zahnrad 215 kämmt das Zahnrad 225. Das Zahnrad 225 ist auf der Nabe 226 drehbar gelagert, indem das Zahnrad 225 radial innen eine Fläche aufweist, die von der im wesentlichen radialen Außenfläche der Nabe radial außen drehbar oder gleitbar aufgenommen ist. Das Zahnrad 225 weist auf seiner einen Seife radial innerhalb der Verzahnung 225a eine in radialer Richtung kreisringförmige Kontaktfläche 227 auf, die mit einer Gegenkontaktfläche 228 eines Reibrings 229 in Wirkverbindung steht. Der Reibring 229 weist dabei einen in radialer Richtung ausgedehnten im wesentlichen kreisringförmigen Sektor oder Arm auf, der die Gegenkontaktfläche 228 bildet. Weiterhin weist der Reibring 229 einen in axialer Richtung ausgedehnten in wesentlichen ringförmigen Bereich 230 auf.
Der in axialer Richtung ausgedehnte oder hervorstehende Bereich 230 weist eine Verzahnung oder zumindest eine Ausnehmung oder einen Vorsprung auf.
Der Reibring 229 wird durch einen Kraftspeicher 231, wie eine Tellerfeder, in axialer Richtung kraftbeaufschlagt, so daß die Kontaktfläche 227 des Zahnrades 225 mit der Gegenkontaktfläche 228 der Reibringes 229 in Reibverbindung steht. Der Kraftspeicher 231 weist an seinem radial außen liegendem Randbereich 231a eine radial außen liegende Verzahnung oder zumindest eine Aussparung oder ein Vorsprung auf. Diese Verzahnung oder zumindest eine Aussparung oder ein Vorsprung greift in eine Aufnahme, eine Verzahnung oder einen Vorsprung des Reibringes 229 ein, damit der Kraftspeicher 231 und der Reibring 229 im wesentlichen drehfest angeordnet oder miteinander verbunden sind.
Der Kraftspeicher 231 weist in seinem radial innen liegenden Randbereich 231b eine Verzahnung, zumindest eine Ausnehmung oder einen Vorsprung auf, die in dafür vorgesehene Verzahnungen, Vorsprünge oder Ausnehmungen eingreifen, damit der Kraftspeicher drehfest mit der Nabe 226 verbunden ist.
Die Nabe 226 weist in ihrem radial inneren Bereich einen Innenverzahnung 232, wie beispielsweise Kerbverzahnung, auf, die in eine radial außen liegende Außenverzahnung 233 der Spindelwelle 234 der Gewindespindel 235 eingreift.
Das Zahnrad 225 ist auf der Welle 234 durch die Sicherungsringe, wie Sprengringe 236, 236a und die Buchse 237 axial gesichert. Dabei greifen die Sicherungsringe 236 und 236a jeweils in Umfangsnuten der Welle 234 ein. Die Buchse 237 kann in einer Umfangsnut angeordnet oder aufgenommen sein.
Der Kraftfluß ausgehend von der Krafteinleitung am Bereich der Außenverzahnung des Zahnrades 225 wird über die Kontaktfläche 227 und Gegenkontaktfläche 228 des Reibringes 229 und über den Reibring 229 und die Außenverzahnung 231a des Kraftspeichers 231 über die Innenverzahnung 231b des Kraftspeichers auf die Nabe 226 übertragen und von der Nabe 226 über die Verzahnungspaarung auf die Welle 234 der Spindel 235.
Der Kraftspeicher ist vorgespannt und erzeugt eine Grundhaftreibung zur Drehmoment- oder Kraftübertragung zwischen der Kontaktfläche des Zahnrades und der Gegenkontaktfläche des Reibringes. Wird das zu übertragende Drehmoment größer als die Grundhaftreibung, wird die Anordnung als Rutschkupplung und es erfolgt ein Rutschen der Kontaktfläche relativ zur Gegenkontaktfläche.
Die Welle 234 ist im Gehäuse 220 mittels des Lagers 271, wie Wälzlager, Rillenkugellager, Gleitlager oder ähnliches, sowohl radial als auch axial gelagert. Das Lager 271 nimmt sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte auf. Das Lager 271 ist mit einer elastischen, wie federnden Scheibe 272, wie Kraftspeicher, innerhalb der Aufnahme 220a befestigt. Das Gehäuse 220 bildet somit einen Ansatz 220a, der den radial äußeren Lagerring trägt, wobei die Welle den radial inneren Lagerring trägt. Bei von der Abtriebsseite auftretenden Axialkräften auf das Abtriebselement wird die Axialkraft von dem Abtriebselement über die Mutter auf die Spindel übertragen und von dort über das Lager 271 an das Gehäuse übertragen, wo sie sich abstützt. Diese Axialkraft wird nicht über die Rutschkupplung geführt. Somit kann ein abtriebsseitiger Momentenstoß nicht zu einem Durchrutschen der Rutschkupplung führen. Die Lageraufnahme des Lagers 271 wird durch einen mit einem Dichtring 274 versehenen Deckel 273, wie Kappe, abdichtbar verschlossen.
Die Spindel 235 wird von einer Mutter 240 aufgenommen, die von einem Kalottenlager 250 innerhalb des Stößellagers gelagert wird. Der Stößel besteht dabei im wesentlichen aus einem zylindrischen Element 241, innerhalb dessen die Mutter 240 gelagert ist. Mit dem zylindrischen Element 241 ist die Stößelstange 242 verbunden, die wiederum das Abtriebselement 243 trägt. Die Stößelstange 242 ist an ihrem einen Endbereich 242a mit dem zylinderförmigen Element 241 verbunden, wie eingehängt, eingeklipst, eingespannt, verschraubt oder verklebt. Ebenso kann das zylindrische Element aus Kunststoff ausgebildet sein und an die Stößelstange angespritzt sein. Zur vorteilhaften Verbindung weist die Stößelstange ein Gewinde oder eine vorgebbare Anzahl von Umfangsnuten auf, die in Umfangsvorsprünge oder Gewinde des zylindrischen Elementes eingreifen. An ihrem anderen Ende 242b greift die Stößelstange 242 in eine Aufnahme des Abtriebselementes 243. Die Stößelstange greift durch eine Öffnung 245, in der ein Kalottenlager 246 angeordnet ist. Zusätzlich wird das Gehäuse durch den elastischen Balg 244 geschützt, der an seinen jeweiligen Endbereichen mittels Klemmringen an der Stößelstange bzw. an dem Abtriebselement und an dem Gehäuse befestigt sind.
Zwischen der Stößelstange und dem Gehäuse ist ein Kraftspeicher, wie eine Druckfeder 245, angeordnet, um die Kraft des Elektromotors zu unterstützen.
Zur Befestigung dienen die Befestigungsaugen, wobei zumindest zwei, vorzugsweise drei Befestigungsaugen angeordnet sind.
Die 5b zeigt in einer Ausschnittsvergrößerung das Kalottenlager 250 der Mutter 240 des Spindelantriebs. Die Spindel 235 treibt die Mutter 240, die derart ausgebildet ist, daß sie eine im wesentlichen kugelförmige Kontur 251 aufweist und radial innen ein Gewinde 252 aufweist. An ihrem radial äußeren Bereich weist die Mutter ebenfalls eine Verzahnung 253 auf, die in eine Gegenverzahnung 254 des zylindrischen Elementes eingreift. Dadurch ist die Mutter drehfest mit dem zylindrischen Element 241 gekoppelt. Die kugelförmige Mutter 240 weist neben der Außenverzahnung 253 zwei im wesentlichen halbkugelförmige Bereiche auf. Innerhalb des zylindrischen Elementes ist ein hohlzylindrischer Bereich, der eine erstes ringförmiges Element aufnimmt, das einen Kontur einer Hohlkugel aufweist, wobei gegen diese hohlkugelförmige Kontur die Mutter anliegt. Die Mutter ist wiederum von dem zweiten ringförmigen Element 256 gehalten oder aufgenommen, so daß die Kugel zwischen den beiden ringförmigen Elementen 255 und 256 axial aufgenommen ist. Weiterhin ist zwischen dem ringförmigen Element 255 und dem zylindrischen Element ein elastischer Ring 259 angeordnet. Dieser elastische Ring 259 ist vorzugsweise ein O-Ring, welcher die beiden Lagerschalen 255, 256 gegeneinander und gegen die Spindelmutter 240 verspannt.
Das zylindrische Element 241 weist an seinem äußeren Randbereich eine Verzahnung 257 auf, die in eine Gegenverzahnung 258 eingreift. Die Gegenverzahnung 258 ist derart ausgebildet, daß das zylindrische Element 241 axial innerhalb des Gehäuses verlagerbar ist und dennoch mittels der Verzahnung drehfest gehalten ist.
Zumindest eine der Lagerschalen 255, 256 sind vorzugsweise mit einer Schnappverbindung mit dem zylinderförmigen Element 241 axial fest verbunden. Dabei greift zumindest ein bewegliches Element der Lagerschale in eine Aufnahme des zylindrischen Elementes ein. Durch das Eingreifen wird eine Verriegelung erreicht, so daß das Teil verliersicher angeordnet ist.
Der Betätigungsaktor ist vorzugsweise als elektromotorisch angetriebener Aktor mit einem Elektromotor ausgeführt. Die Ausbildung der gesamten Mechanik des Aktors erfolgt so, daß ein Steuergerät 201 als weitere Baugruppe oder Untereinheit auf die mechanischen Komponenten aufgesteckt oder damit verbunden werden kann. Das Steuergerät ist dabei in einem eigenen Gehäuse untergebracht und gegen die Umgebung abgedichtet. Dies kann vorzugsweise durch einen Dichtung zwischen Gehäuse und Gehäusedeckel realisiert sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse des Steuergerätes auf den elektrisch/mechanischen Teil, wie Untereinheit, aufgesteckt und zusätzlich verschraubt. Der mechanische Teil läßt sich also sowohl für eine vollintegrierte Lösung als auch bei einem weiteren Ausführungsbeispiel verwenden, bei dem der mechanische Teil vom Steuergerät getrennt untergebracht ist.
Der Motor 205 überträgt dabei das Drehmoment auf ein Zahnrad oder Ritzel 212, das ein Zwischenzahnrad 215 kämmt, welches wiederum mit einem dritten Zahnrad 225 im Eingriff steht. Die Verwendung eines Zwischenrades hat den Vorteil, daß relativ klein bauende Zahnräder bei gegebenem Achsabstand verwendet werden können. Der Achsabstand A wiederum ergibt sich aus dem Motordurchmesser und dem erforderlichen Durchmesser für die nachfolgende Spindelstufe. Diese erste Übersetzungsstufe, bestehend aus zumindest zwei, vorzugsweise drei Zahnrädern 212, 215, 225 stellt eine erste Untersetzung dar. Das Drehmoment wird dabei erhöht, die Drehzahl erniedrigt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auch eine Ausführung der ersten Übersetzungsstufe als Riementrieb vorteilhaft, der wie die beschriebene Stirnradstufe in der Lage ist, sowohl eine Übersetzung zu realisieren als auch einen gegebenen Achsabstand A zu überbrücken.
In einem der Zahnräder 212, 215, 225, vorzugsweise in dem abtriebsseitigen Zahnrad 225 befindet sich eine Rutschkupplung. Diese Kupplung dient dazu, das Drehmoment bis zu einem bestimmten Drehmomentbetrag zu übertragen und bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentbetrages den Momentenfluß zu unterbrechen. Dadurch kann sichergestellt werden, daß die mechanischen Komponenten des Aktors nicht überlastet werden.
Außerdem kann das Durchrutschen der Überlastkupplung von der im Aktor integrierten Wegmessung sensiert werden und in Verbindung mit einem bewußten Anfahren von Anschlägen dazu dienen, die interne Wegmessung abzugleichen.
Das abtriebsseitige Zahnrad 225 treibt eine Spindel 235 an, welche in Verbindung mit einer drehfest gelagerten Spindelmutter 240 die Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung eines Abtriebselementes wandelt. Diese Spindel 235 ist einseitig, nahe am Zahnrad 225, mittels eines Wälzlagers 241, vorzugsweise einem Rillenkugellager, gelagert. Dieses Lager nimmt sowohl Radialkräfte aus der Verzahnung und vom Abtrieb her auf als auch Axialkräfte. Das Lager selbst ist mit einer federnden Scheibe 242 befestigt. Die einseitige Lagerung der Welle der Spindel ermöglicht eine geringe Winkelbeweglichkeit der Spindel gegenüber dem Gehäuse. Die Spindelmutter 235 weist eine im wesentlichen sphärische Außengeometrie auf und ist in zwei ebenfalls sphärisch ausgebildeten Lagerschalen 255, 256 gelagert. Die Spindelmutter 240 weist weiterhin Nasen oder eine Verzahnung 253 am Umfang auf, welche mit einem geringen Spiel in Führungsbahnen 254 in einem weiteren Abtriebsteil 241 eingreifen, in welchem wiederum die Lagerschalen 255, 256 eingebracht sind. Diese Anordnung ermöglicht eine Winkelbeweglichkeit zwischen der Spindelmutter 240 und dem Abtriebsbauteil 242. Das Drehmoment kann so verzwängungsfrei von der Spindelmutter 240 auf das Abtriebsbauteil 242 übertragen werden. Die Lagerschalen 255, 256 werden mit einem elastischen Bauteil, vorzugsweise einem O-Ring 259 gegen die Spindelmutter 240 vorgespannt. So wird zum einen Spielfreiheit zwischen diesen Bauteilen erreicht. Im weiteren wird in gewissen Grenzen eine mögliche Retardation oder Verschleiß der eventuell eingesetzten Kunststoffteile ausgeglichen. Das Abtriebsbauteil 242 dient außerdem zur Aufnahme der Kräfte, die von einer zur Kompensation eingesetzten Feder 245 aufgebracht werden. Die Feder 245 stützt sich dabei an ihrem anderen Ende gegen das Gehäuse ab. Der Federteller 260 übernimmt bei dieser Anordnung die radiale Abstützung des Abtriebsbauteiles gegen das Gehäuse und die Ausleitung des Drehmomentes. Dazu weist das Abtriebsbauteil 241 ebenfalls am Umfang zumindest eine Nase oder Nasen 257 oder eine Verzahnung auf, welche axial verschiebbar mit einem geringen Spiel in Führungsbahnen 258 des Gehäuses laufen und Drehmoment auf das Gehäuse übertragen können.
Die Führungsbahnen 258 bilden zusammen mit der Verzahnung 257 des zylindrischen Elementes eine Geradführung desselben, wobei die Führungsbahnen 258 der Geradführung in das Gehäuse der Vorrichtung eingearbeitet oder damit einstückig ausgebildet sind. Dies kann vorzugsweise durch eine Spritzgußtechnik aus Kunststoff erreicht werden. Somit wird kein zusätzliches Bauelement zur Geradführung verwendet werden, was Bauraum in radialer Richtung spart.
Das Abtriebsbauteil 242 ist an einem weiteren Punkt in einem Kalottenlager 246 im Gehäuse gelagert und mit einem Falten- oder Rollbalg 244 gegen das Gehäuse gedichtet. Durch diese Gesamtanordnung wird ein Verzwängen der Spindel gegenüber der Spindelmutter oder anderer Teile gegen das Gehäuse zuverlässig verhindert.
Die axiale Bewegung des Abtriebsbauteils wird über ein Krafteinleitungsbauteil, beispielsweise einen Kugelkopf 261, auf das Ausrücksystem der Kupplung übertragen. Ein zusätzlicher Vorteil der beschriebenen Anordnung ist, daß einzelne Baueinheiten zur Anpassung an andere Kupplungen einzeln variiert werden können. Zum Beispiel kann die Übersetzung der Stirnradstufe unter Beibehaltung der Spindelsteigung variiert werden, wobei alle sonstigen Teile wiederverwendet werden können.

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) zur automatisierten Betätigung einer Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Untereinheit (2), welche einen Antriebsmotor (4) und ein abtriebsseitiges Abtriebselement aufweist, sowie mit einem die Antriebsbewegung des Antriebsmotors (4) in eine Abtriebsbewegung des Abtriebselementes wandelnden Getriebe, mit einer zweiten Untereinheit (3), welche eine Elektronik, wie Leistungs- und/oder Steuerelektronik aufweist, wobei die erste (2) und die zweite Untereinheit (3) für sich jeweils als abgeschlossenes Modul ausgebildet sind und die erste Untereinheit (2) eine elektrische Steckverbindung (5) aufweist und die zweite Untereinheit (3) eine elektrische Steckverbindung (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Untereinheiten (2, 3) mittels dieser elektrischen Steckverbindungen (5, 24) direkt elektrisch verbunden sind und eine direkte mechanische Verbindung zwischen den beiden Untereinheiten (2, 3) mittels der elektrischen Steckverbindungen (5, 24) erfolgt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der beiden Untereinheiten (2, 3) ein eigenes Gehäuse (6) aufweist und die Untereinheit (2, 3) mit Gehäuse (6) als ein für sich abgeschlossenes Modul ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine mit einem Gehäuse (6) versehene Untereinheit (2, 3) als abgedichtete Untereinheit staubdicht und/oder flüssigkeitsdicht, wie wasserdicht, ausgebildet ist.
Betätigungsvorichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine elektrische Steckverbindung (5) als Stecker und die andere elektrische Steckverbindung (24) als Buchse ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) der zweiten Untereinheit (2, 3), welches eine Elektronik, wie Leistungs- und/oder Steuerelektronik, aufnimmt, aus zumindest zwei Gehäuseschalen besteht, die miteinander verbindbar sind.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Gehäuseschale der zweiten Untereinheit (3) aus Kunststoff besteht.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Gehäuseschale der zweiten Untereinheit (3) aus Metall besteht.
Betätigungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Untereinheit (3) eine weitere elektrische Steckverbindung (25) zur Erreichung einer elektrischen Verbindung mit anderen Fahrzeugelektronikeinheiten und/oder Sensoren aufweist.