DE4336445C2 - Stelleinrichtung mit einer Sicherungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Stelleinrichtung ist aus der US-A-2 798 999 bekannt. Im Bereich zwischen einem Antriebsmotor und einer über einen Schneckentrieb ein Ausgangsrad des Stellantriebs antreibenden Welle ist eine Rutschkupplung vorgesehen. Der Zweck dieser Rutschkupplung ist das Verhindern einer Überlastung des Antriebsmotors, beispielsweise dann, wenn eine Blockierung von der Abtriebsseite her stattfindet. Bei dieser bekannten Einrichtung ist jedoch nicht für einen definierten Schlupfpunkt der Rutschkupplung gesorgt.

Aus der US-A-4 750 569 ist eine Stelleinrichtung bekannt, bei welcher eine permanent wirkende Bremseinrichtung an einer Antriebswelle dafür sorgt, daß im Betrieb das Auftreten eines Totgangs vermieden wird.

Die DD 31 220 offenbart eine Lamellenkupplung, bei welcher durch Federkraft eine Anpressplatte die verschiedenen Lamellen in Reibeingriff hält. Das Vorsehen eines bestimmten Rutschmomentes, welches im Betrieb zur Entlastung des Antriebs führen kann, ist nicht gezeigt.

Aus der FR-A-2 641 834 ist eine Stelleinrichtung bekannt, bei welcher die Kraftübertragung direkt, also ohne Zwischenschaltung einer Rutschkupplung erfolgt.

Durch die DE-37 06 849 A1 ist eine Stelleinrichtung bekannt, die insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung ge­ eignet ist und einen Antrieb aufweist, dessen an der An­ triebswelle abgegebene Drehbewegung auf eine Abtriebswelle übertragen wird. Diese steht in Eingriff mit einem Kurbelge­ triebe, durch welches die Drehbewegung in eine im wesentlichen translatorische Bewegung umformbar und an einen Kolben eines ausgangsseitigen Druckmittelzylinders übertragbar ist. Der einen Endstellung dieses Kolbens, die bei eingerückter Kupp­ lung eingenommen wird, ist ein in Fig. 3 dargestellter erster Anschlag und der zweiten Endstellung, die bei ausgerückter Kupplung erreicht ist, ein ebenfalls in dieser Figur gezeigter zweiter Anschlag zugeordnet.

Bei Kraftfahrzeugen kann es mitunter zu einem kurzzeitigen Zusammenbruch der Betriebsspannung kommen, beispielsweise wenn mehrere stromverbrauchende Zusatzaggregate gleichzeitig zuge­ schaltet werden. Wenn dieser Zusammenbruch der Betriebsspan­ nung während des Ausrückvorgangs der Kupplung erfolgt, hat es sich gezeigt, daß bei Stelleinrichtungen gemäß der OS der An­ trieb durch die zugeordnete Steuerung zwar unverzüglich zum Stillsetzen angesteuert wird, jedoch aufgrund der Trägheit seiner bis dahin bewegten Massen, wie beispielsweise der An­ kermasse bei einem Elektromotor, an seiner Antriebswelle noch kurzzeitig eine Restbewegung abgibt. Diese reicht ans, um über die Abtriebswelle eine Bewegung in das Kurbelgetriebe einzuleiten. Sobald dieses an dem dieser Bewegungsrichtung zugeordneten Anschlag zur Anlage kommt, kann die Restbewegung am Antrieb nicht mehr in eine andere Bewegung umgeformt wer­ den, sondern muß von der Abtriebswelle aufgenommen werden. Sofern diese gemäß der OS über eine Schrägverzahnung mit dem nachgeordneten Kurbelgetriebe in Eingriff steht, wird eine Querkraft auf die Abtriebswelle geleitet, was zu einer unzu­ lässigen Durchbiegung derselben führt. Außerdem besteht die Gefahr einer Beschädigung der in Eingriff stehenden Verzah­ nung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Stelleinrichtung derart weiterzubilden, daß in einfacher Weise eine Anpassung an verschiedene Einsatzzwecke vorgenommen werden kann, um das Drehmoment, bei welchem ein Übergang in den Schlupfzustand auftritt, einzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Stelleinrichtung gelöst.

Die Sicherungseinrichtung ist hierbei so ausgelegt, daß sie, um die Funktion der Stelleinrichtung nicht zu beeinflus­ sen, unwirksam bleibt, solange die vorbestimmbare Momenten­ differenz nicht überschritten wird. Letztere sollte vorteil­ hafterweise so festgelegt werden, daß sie bei Differenzwerten dicht unter derjenigen Schwelle aktiviert wird, ab der Be­ standteile der Stelleinrichtung, wie die Abtriebswelle oder eine Verzahnung, Schaden nehmen könnten.

Solange die Momentendifferenz noch nicht erreicht ist, wird das gesamte vom Antrieb erzeugte Drehmoment kraftschlüssig auf die Abtriebswelle übertragen. Erst dann, wenn die vorbestimmte Momentendifferenz überschritten wird, reicht die für eine schlupffreie Mitnahme des ausgangsseitigen Kupplungsteils er­ forderliche Reibung gegenüber dem eingangsseitigen Kupplungs­ teil nicht mehr aus, wobei gilt, daß bei anwachsender Mo­ mentendifferenz der Schlupfanteil zunimmt und demnach ledig­ lich das vorbestimmte Drehmoment auf die Abtriebswelle ge­ langt.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß sowohl der eingangsseitige Kupplungsteil als auch der ausgangsseitige drehfest mit dem jeweils zugeordneten Element, wie Antriebs- oder Abtriebswelle verbunden ist.

Durch Ausbildung der Kupplung mit einer Mehrzahl von Lamellen kann diese, um das bis zum Eintreten von Schlupf übertragbare Drehmoment vom eingangsseitigen Kupp­ lungsteil auf den ausgangsseitigen zu bringen, sehr kompakt ausgebildet werden.

Wenn die Abtriebswelle mit ihrem vom Abtrieb abgewandten Ende in einem Lagerelement geführt und durch ein Rückhaltemittel in Richtung zum Antrieb gedrückt wird, wird in vorteilhafter Weise bewirkt, daß die Abtriebswelle unter Einwirkung des Rückhaltemittels federnd an dem zugeord­ neten Element des Kurbelgetriebes in Anlage gehalten wird. Dadurch wird erreicht, daß beispielsweise bei Verbindung von Abtriebswelle und Kurbelgetriebe über eine Verzahnung dieselbe geschont wird, indem bei Einleitung von Drehschwingungen durch den Antrieb ein Wechselweises Anschlagen einander gegenüber­ liegender Zahnflanken verhindert wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungs­ kupplung mit einer Kupplung zwischen dem Antrieb und einer Abtriebswelle

Fig. 2 eine Schnittansicht der Stelleinrichtung, gesehen entlang einer Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Stelleinrichtung, gesehen in Richtung eines Pfeiles III in Fig. 2

Fig. 4 die in Fig. 1 gezeigte Kupplung in vergrößerter Darstellung

Fig. 5 eine schematisch dargestellte Bremsvorrichtung für die Stelleinrichtung mit an der Antriebswelle des Antriebs in Anlage bringbaren Bremselementen

Fig. 6 wie Fig. 5, jedoch mit Bremselementen, die am Rotor des Antriebs in Anlage bringbar sind.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem in der dargestellten Ausführungsform hydraulischen Ausrücksystem. Die Stellein­ richtung umfaßt einen Antrieb 1 in Form eines Elektromotors, der über ein Kurbelgetriebe 3 einen hydraulischen Geberzylin­ der 5 des hydraulischen Ausrücksystems der Kupplung betätigt. Der Antrieb 1 ist Bestandteil einer herkömmlichen Servo- Positioniereinrichtung, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 34 39 594 beschrieben ist und bildet zusammen mit dem Kurbelgetriebe 3 und dem Geberzylin­ der 5 eine an geeigneter Stelle des Kraftfahrzeugs mittels einer Befestigungsöse 7 und nicht näher dargestellter Rahmen­ teile 9 zu montierende Einheit.

Das Kurbelgetriebe 3 ist als Schneckengetriebe ausgebildet und hat ein Getriebegehäuse 11, in welchem ein Segment-Schnecken­ zahnrad 13 drehbar gelagert ist. Das Schneckenzahnrad 13 sitzt fest auf einer Hohlwelle 15, die beiderseits des Schnecken­ zahnrades 13 über Kugellager 17, 19 in dem Getriebegehäuse 11 bzw. einem durch Schrauben 21 daran befestigten Lagerdeckel 23 gelagert ist. Der Lagerdeckel 23 verschließt eine für den Einbau des Schneckenzahnrades bestimmte Öffnung in dem Ge­ triebegehäuse 11. Mit einer am Umfang des Schneckenzahnrades vorgesehenen Schrägverzahnung 25 kämmt eine unmittelbar auf einer Abtriebswelle 27 sitzende Schnecke 29. Die Abtriebswel­ le 27 ist an ihrem dem Antrieb 1 zugewandten Ende zu einem Aufnehmer 150 für die aus dem Antrieb 1 ragende Antriebswel­ le 151 sowie für eine nachfolgend ausführlich beschriebene Kupplung 152 aufgeweitet. Die Antriebswelle 151 ist frei drehbar in dem Aufnehmer 150 gelagert und im Umfangsbereich mit einer Verzahnung 153 ausgebildet, auf der eine Mehrzahl von Lamellen 154, die eine Innenverzahnung 155 aufweisen, axial verschiebbar angeordnet sind. An jeder dieser Lamel­ len 154 ist eine Lamelle 157 in Anlage, die, ebenfalls axial bewegbar, eine Außenverzahnung 158 aufweisen und, über diese, mit einer am Aufnehmer 150 ausgebildeten Innenverzahnung 159 drehfest in Eingriff stehen. Das aus den einen eingangssei­ tigen Kupplungsteil 160 bildenden Lamellen 154 und den einen ausgangsseitigen Kupplungsteil 161 bildenden Lamellen 157 be­ stehende Lamellenpaket stützt sich an seinem vom Antrieb 1 ab­ gewandten Ende gegen einen Vorsprung 162 des Aufnehmers 150 ab und wird durch eine an seinem entgegengesetzten Ende angrei­ fende Tellerfeder 163 zur Herstellung der Reibverbindung zwi­ schen den Lamellen 154 und 157 belastet. Durch die Kupp­ lung 152 wird, solange die Momentendifferenz zwischen dem eingangsseitigen Kupplungsteil 160 und dem ausgangsseitigen Kupplungsteil 161 einen durch die Auslegung der Tellerfe­ der 163 vorbestimmbaren Betrag nicht überschreitet, das vom Antrieb 1 über dessen Antriebswelle 151 eingeleitete Drehmo­ ment schlupffrei auf die Abtriebswelle 27 übertragen. Erst bei Überschreitung dieser Momentendifferenz wird infolge von Schlupf zwischen den Lamellen 154 und 157 nur noch ein Teil des eingeleiteten Drehmomentes übertragen und dadurch die Be­ lastung der Abtriebswelle 27 reduziert. Dadurch wird verhin­ dert, daß diese sich durch Querkräfte, die aufgrund ihrer Schrägzahnverbindung mit dem Schneckenzahnrad 13 beim Bloc­ kieren des Letztgenannten auf sie einwirken, verbiegt. Die Kupplung 152 ist folglich als Sicherungseinrichtung 165 wirk­ sam.

Die Abtriebswelle 27 ist an ihrem vom Antrieb 1 abgewandten Ende in einem am Getriebegehäuse 11 befestigten hülsenförmigen Lagerelement 166 axial bewegbar aufgenommen und wird durch ein Rückhaltemittel 167, vorzugsweise eine Feder, die zur Verrin­ gerung von Reibeinflüssen über eine in eine Einkerbung 168 der Abtriebswelle 27 eingesetzte Kugel 169 auf die Abtriebswel­ le 27 einwirkt, in Richtung zum Antrieb 1 gedrückt. Hierdurch wird trotz Spiels zwischen den Verzahnungen der Abtriebswel­ le 27 und des Schneckenzahnrades 13 ein durch Drehmoment­ schwankungen bedingtes Anschlagen der Zähne an jeweils entge­ gengesetzten Zahnflanken verhindert.

Das Segment-Schneckenzahnrad 13 besteht zur Temperaturbestän­ digkeit aus Metall und ist durch Verbindungselemente, beispielsweise Nieten 35, fest mit zwei beiderseits angeordne­ ten scheibenförmigen Wangen 37 verbunden. Die Wangen 37 haben nahezu gleiche Form und sind als Blechformteile ausgebildet. In Umfangsrichtung gegen das Segment-Schneckenzahnrad 13 ver­ setzt bilden die Wangen 37 eine Aufnahmegabel, in die ein Stößel 39 eingreift. Der Stößel 39 ist zur Bildung eines Kurbelarms im Abstand zur Hohlwelle 15 in beiden Wangen 37 über eine Achse 41 schwenkbar gelagert und liegt mit seinem der Achse 41 abgewandten Ende an einem in dem Geberzylinder 5 gegen den Druck einer Feder 43 verschiebbaren Kolben 45 an.

In Ausrückrichtung der Kupplung treibt der Antrieb 1 das Schneckenzahnrad 13 in einem Drehsinn an, in welchem der Stö­ ßel 39 eine im wesentlichen translatorische Bewegung ausführt und den Kolben 45 in Druckrichtung verstellt. In Einkuppel­ richtung treibt der Antrieb 1 das Schneckenzahnrad 13 in ent­ gegengesetztem Drehsinn an, so daß der Stößel 39 aus dem Ge­ berzylinder 5 zurückgezogen wird, wobei die Feder 43 und das aus dem Nehmerzylinder des Kupplungs-Ausrückersystems zurück­ strömende Hydraulikfluid den Kolben 45 zurückstellt.

Die Drehachse der Schnecke 29 liegt zusammen mit der Zylin­ derachse des Geberzylinders 5 in der zur Drehachse des Seg­ ment-Schneckenzahnrads 13 senkrechten Mittelebene zwischen den beiden Wangen 37. Die von den Wangen 37 auf die Achsen 41 ausgeübte resultierende Kraft liegt ebenfalls in dieser Mit­ telebene. Damit wird auf das Segment-Schneckenzahnrad 13 kein Kippmoment ausgeübt, was die Lebensdauer und Betriebssicher­ heit des Kurbelgetriebes 3 erhöht.

Die Zylinderachse des Geberzylinders 5 erstreckt sich angenä­ hert tangential zur Bewegungsbahn der Gelenkachse 41 des Stö­ ßels 39. Auf der, bezogen auf die Hohlachse 15 dem Geberzy­ linder 5 im wesentlichen diametral entgegengesetzten Seite des Schneckenzahnrads 13, ist ein Federkraftspeicher 47 (Fig. 1) in dem Getriebegehäuse 11 angeordnet. Der Kraftspeicher 47 umfaßt mehre koaxial ineinander angeordnete Schraubendruckfe­ dern 49, die auf einer Teleskopführung 51 zwischen zwei End­ platten 53 knicksicher eingespannt sind. Der Federkraftspei­ chers 47 ist mit einem Gelenk 55 an den Wangen 37 angelenkt und mit einem Gelenk 57 an dem Getriebegehäuse 3 abgestützt. Die Wirkungslinie des Kraftspeichers 47 verläuft ebenfalls in der Mittelebene zwischen den Wangen 37, wobei die Schwenkachse der Gelenke 55, 57 in der der eingerückten Kupplung zugeord­ neten, in Fig. 1 dargestellten Endstellung des Schneckenzahn­ rads 13 angenähert in einer die Drehachse des Schneckenzahn­ rads 13 enthaltenden Ebene liegen, um die von dem Kraftspei­ cher 47 auf die Schnecke 29 in diese Endstellung ausgeübten Kräfte möglichst gering zu halten. Für eine Stabilisierung dieser Endlage sorgt jedoch eine geringe Übertotpunktstellung des Gelenks 55 entgegengesetzt der Auskuppeldrehrichtung des Schneckenzahnrads 13.

In der der eingekuppelten Stellung der Kupplung zugeordneten Endstellung des Schneckenzahnrads 13 sind die Federn 49 des Kraftspeichers 47 gespannt. Treibt der Antrieb 1 das Schnec­ kenzahnrad 13 in Ausrückrichtung der Kupplung, d. h., in Fig. 1 gegen den Uhrzeigersinn an, so entspannen sich die Fe­ dern 49 und unterstützen die Antriebswirkung des Antriebs. Die Kupplung kann auf diese Weise auch bei vergleichweise schwach dimensioniertem Antrieb 1 rasch ausgekuppelt werden. In Ein­ kuppelrichtung wird der in seiner Drehrichtung umgekehrte An­ trieb 1 von der Kupplungsfeder unterstützt, so daß auch hier trotz vergleichsweise geringer Antriebsleistung des Antriebs 1 die Federn 49 des Kraftspeichers 47 erneut gespannt werden können. Darüber hinaus steht für den Einrückvorgang der Kupp­ lung mehr Zeit zur Verfügung als für den Ausrückvorgang.

Die Endstellungen des Schneckenzahnrads 13 werden durch ela­ stisch federnde Pufferanschläge 59 festgelegt, die in den Endabschnitten einer kreissegmentförmigen Nut 61 des Lager­ deckels 23 befestigt sind und mit einem von dem Schneckenzahnrad 13 axial in die Nut 61 hin abstehenden An­ schlagbolzen 63 zusammenwirken.

Die Winkelposition des Schneckenzahnrads 13 und damit die Po­ sition des Kolbens 45 des Geberzylinders 5 wird von einem in der deutschen Offenlegungsschrift 37 06 849 beschriebenen Po­ tentiometer 65 (Fig. 2) erfaßt, dessen Schleifbahnträger 67 am Getriebegehäuse 11 befestigt, beispielsweise angeschraubt ist und dessen Schleifer 69 auf einem aus dem Getriebegehäuse 11 herausragenden Ende 71 der Hohlwelle 15 sitzt. Der Schlei­ fer 69 hat eine im Klemmsitz auf dem Ende 71 gehaltene Schleifernabe mit Werkzeugangriffsflächen, beispielsweise in Form eines Schlitzes, der durch die Hohlwelle 15 hindurch von der dem Potentiometer 65 gegenüberliegenden Seite des Getrie­ begehäuses 11 her zugänglich ist. Durch die normalerweise durch einen Gehäusestöpsel 73 abgedeckte Öffnung des gegen­ überliegenden Hohlwellenendes kann die Winkelstellung des Schleifers 69 auch im eingebauten Zustand der Stelleinrichtung relativ zum Schneckenzahnrad 13 verdreht werden, womit die der Ist-Position des Kolbens 45 entsprechenden elektrischen Aus­ gangswerte des Potentiometers 65 den tatsächlichen Einbauver­ hältnissen der Kupplung angepaßt werden können.

Anstelle mit der Kupplung 152 kann die Sicherungseinrich­ tung 165 der beschriebenen Stellvorrichtung auch mit einer - nur schematisch in Fig. 5 und 6 dargestellten - Bremsvorrich­ tung 175 ausgebildet sein. Diese kann beispielsweise, wenn durch eine die Momentendifferenz zwischen der Antriebswel­ le 151 und der Abtriebswelle 27 ermittelnde Sensorvorrich­ tung 176 erkannt wird, daß die Momentendifferenz über einen vorbestimmten Betrag hinausgeht, für einen Bremsvorgang ange­ steuert wird. Die Bremsvorrichtung bringt hierzu in nicht ge­ zeigter Weise Bremselemente 177 in Anlage mit der Antriebs­ welle 151 oder, bei einem Elektromotor, mit dessen Rotor 178. Dadurch wird das jeweilige Element 151, 178 durch Einleitung eines Reibmomentes abgebremst.

Claims (10)

1. Stelleinrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, umfassend:

• 1. einen Antrieb mit einer Antriebswelle (151) und einer mit der Antriebs­ welle (151) über eine Kupplung (152) als Sicherungseinrichtung zur gemeinsamen Drehung verbindbaren Abtriebswelle (27),
• 2. ein Kurbelgetriebe, durch welches die Drehbewegung der Abtriebswelle (27) in eine im wesentlichen translatorische Bewegung eines Ausgangs­ glieds umgesetzt wird, wobei bei Überschreiten einer vorbestimmbaren Drehmomentdifferenz zwischen der Antriebswelle (151) und der Abtriebswelle (27) ein mit der Antriebswelle (151) gekoppelter eingangsseitiger Kupplungsteil (160) bezüglich eines mit der Abtriebs­ welle (27) gekoppelten Ausgangsteils (161) der Kupplung (152) schlupfen kann,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der vorbestimmbaren Drehmomentdifferenz durch eine eine Anpreßkraft zwischen dem eingangsseitigen Kupplungsteil (160) und dem ausgangsseitigen Kupplungsteil (161) bereitstellende Feder (163) vor­ bestimmbar ist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ausgangsseitige Kupplungsteil (161) bei Überschreitung der vorbestimmbaren Drehmomentdifferenz dem eingangsseitigen Kupplungsteil (160) mit Schlupf nachführbar ist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der infolge des Schlupfes entstandene Drehwinkelversatz zwischen den beiden Kupplungs­ teilen (160, 161) vom Betrag der Überschreitung der Dreh­ momentdifferenz gegenüber dem vorbestimmbaren Wert ab­ hängig ist.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eingangsseitige Kupplungsteil (160) mit der An­ triebswelle (151) und der ausgangsseitige Kupplungs­ teil (161) mit einem Aufnehmer (150) der Abtriebswel­ le (27) drehfest verbunden ist.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehfeste Verbindung der Kupplungs­ teile (160, 161) mit dem jeweils zugeordneten Element (Antriebswelle 151, Aufnehmer 150 der Abtriebswelle 27) durch Formschluß herstellbar ist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der eingangsseitige Kupplungsteil (161) mit einer Innenverzahnung (155) ausgebildet ist, die mit ei­ ner Außenverzahnung (153) der Antriebswelle (151) in Eingriff steht.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der ausgangsseitige Kupplungsteil (161) mit einer Außenverzahnung (158) versehen ist, die in eine Innenverzahnung (159) des Aufnehmers (150) eingreift.

8. Stelleinrichtung nach einem oder mehren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der eingangs- als auch der ausgangsseitige Kupplungsteil jeweils mit einer Mehrzahl von Lamellen (154, 157) ausgebildet ist, wobei je einer eingangsseitigen Lamelle (154) eine ausgangsseitige (157) zugeordnet ist.

9. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (27) mit ihrem vom Antrieb (1) ab­ gewandten Ende in einem Lagerelement (166) geführt und durch ein Rückhaltemittel (167) in Richtung zum An­ trieb (1) gedrückt wird.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rückhaltemittel (167) durch eine Feder gebildet wird.