EP3870873A1 - Betätigungsmechanismus, kupplungssteller und getriebesteller mit verbessertem vibrationsverhalten - Google Patents

Betätigungsmechanismus, kupplungssteller und getriebesteller mit verbessertem vibrationsverhalten

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EP3870873A1
EP3870873A1 EP19783463.3A EP19783463A EP3870873A1 EP 3870873 A1 EP3870873 A1 EP 3870873A1 EP 19783463 A EP19783463 A EP 19783463A EP 3870873 A1 EP3870873 A1 EP 3870873A1
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EP
European Patent Office
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transmission
actuating
designed
actuating mechanism
movement
Prior art date
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Pending
Application number
EP19783463.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Schaller
Jürgen Schudy
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F16H2057/126—Self-adjusting during operation, e.g. by a spring
    • F16H2057/127—Self-adjusting during operation, e.g. by a spring using springs

Definitions

  • Actuating mechanisms which are designed to convert an actuating movement of an actuating element into a displacement of a transmission element, have mechanisms for this conversion which are subject to play, in particular in the no-load state, when the actuating element does not perform an actuating movement.
  • a mechanism is designed, for example, as a ball screw drive or as a toothing. If such an actuation mechanism is located in a vehicle, in particular in a clutch actuator or transmission actuator of the vehicle, then this actuation mechanism is activated by the actuators that occur
  • an actuation mechanism comprising:
  • a force or moment, namely the pretension, can preferably be introduced into the conversion mechanism by the tensioning element.
  • the actuating mechanism is also preferably designed such that the elements of the conversion mechanism are braced by the prestressing.
  • the tensioning takes place in particular in the load-free state, that is to say when no actuating movement is carried out by the actuating element, and therefore when the transmission element is not displaced.
  • the bracing element is in contact with the transmission element or the actuating element directly or via intermediate elements.
  • the actuating mechanism preferably has a drive device which is designed to actuate the actuating element
  • the drive device is as that
  • the transmission is designed such that the pretension introduced by the tensioning element is also impressed on the transmission.
  • the transmission is advantageously braced, as a result of which the play, which can exist in particular in the load-free state, is also overcome here.
  • Transmission element designed to select an alley of a transmission.
  • Conversion mechanism 9 converts the actuation movement Y of the actuation element 1 into a displacement of the transmission element 2 in the transmission direction X.
  • the left end of the transmission element 2 abuts the
  • Conversion mechanism 9, especially in the toothing, is supported. Via the toothing of the conversion mechanism 9, the pretension is transmitted further to the drive device 3, which is designed to counteract the pretension. If the drive device 3 is designed as an electric motor, this torque can be applied as a reluctance torque. As a result, a pretension with a certain height is always introduced into the conversion mechanism 9, which is designed such that the play within the toothing is overcome.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an inventive
  • an actuating element 1 which is designed as a nut.
  • the actuating element 1 is about an axis of rotation 1a, which is parallel to
  • Ball screw drive provided with rotating balls 8.
  • the balls 8 are guided in ball guides (not shown), which are located on the outside of the transmission element 2 and on the inside of the actuating element 1.
  • the ball screw represents a conversion mechanism 9.
  • the conversion mechanism 9 is identified by a dashed frame.
  • an anti-rotation device 5 is provided at the right end of the transmission element 2. This is designed to block a rotational movement of the transmission element 2 about the transmission direction X or about the axis of rotation 1 a, so that the actuation movement Y is completely converted into the displacement in the transmission direction X.
  • this torque can be applied as a reluctance torque.
  • Transfer direction X is oriented, rotatable in an actuation direction Y
  • the transmission element 2 and the actuating element 1 are oriented coaxially to one another, the transmission element 2 penetrating the actuating element 1.
  • the conversion mechanism 9, which is designed here as a ball screw drive between the actuating element 1 and the transmission element 2 can also be subject to play.
  • play can also occur between the first gear 4a and the second gear 4b of the transmission 4. Vibrations that are transmitted to the transmission element 2 would result in a relative movement of the balls 8 and / or the ball guides in FIG
  • Actuating element 1 and transmission element 2 have a gear 4.
  • Actuating movement Y are formed in the displacement of the transmission element 2 along the transmission direction.

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Abstract

Es wird ein Betätigungsmechanismus, offenbart, aufweisend: - ein Übertragungselement (2), das zu einer Verschiebung parallel zu einer Übertragungsrichtung (X) ausgebildet ist, - ein Betätigungselement (1), das dazu ausgebildet ist, eine Betätigungsbewegung (Y) auszuführen, um die Verschiebung des Übertragungselements (2) zu verursachen, wobei zwischen dem Übertragungselement (2) und dem Betätigungselement (1) ein Umwandlungsmechanismus (9) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die Betätigungsbewegung (Y) des Betätigungselements (1) in die Verschiebung des Übertragungselement (2) umzuwandeln, und - ein Verspannelement (6), das dazu ausgebildet ist, eine, vorzugsweise elastische, Vorspannung zumindest in den Umwandlungsmechanismus (9) einzubringen. Ferner werden ein Kupplungssteller und ein Getriebesteller mit einem solchen Betätigungsmechanismus offenbart.

Description

BESCHREIBUNG
Betätigungsmechanismus, Kupplungssteller und Getriebesteller mit
verbessertem Vibrationsverhalten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Betätigungsmechanismus, einen Kupplungssteller sowie einen Getriebesteller mit verbessertem Vibrationsverhalten.
Betätigungsmechanismen, die dazu ausgebildet sind, eine Betätigungsbewegung eines Betätigungselements in eine Verschiebung eines Übertragungselements umzuwandeln, weisen zu dieser Umwandlung Mechanismen auf, die insbesondere im lastfreien Zustand, wenn das Betätigungselement keine Betätigungsbewegung durchführt, spielbehaftet sind. Ein solcher Mechanismus ist beispielsweise als Kugelgewindetrieb oder als Verzahnung ausgebildet. Befindet sich ein solcher Betätigungsmechanismus in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kupplungssteller oder Getriebesteller des Fahrzeugs, so wird dieser Betätigungsmechanismus durch die auftretenden
Vibrationen, welche insbesondere durch den Motor des Fahrzeugs verursacht werden oder - im Falle eines Kupplungsstellers - durch Taumeln der Kupplung, stark belastet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Betätigungsmechanismus, einen Kupplungssteller und einen Getriebesteller zur Verfügung zu stellen, die ein verbessertes Vibrationsverhalten aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Betätigungsmechanismus, vorgesehen, aufweisend:
- ein Übertragungselement, das zu einer Verschiebung parallel zu einer
Übertragungsrichtung ausgebildet ist,
- ein Betätigungselement, das dazu ausgebildet ist, eine Betätigungsbewegung auszuführen, um die Verschiebung des Übertragungselements zu verursachen, wobei zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement ein
Umwandlungsmechanismus vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die
Betätigungsbewegung des Betätigungselements in die Verschiebung des
Übertragungselement umzuwandeln, und
- ein Verspannelement, das dazu ausgebildet ist, eine Vorspannung zumindest in den Umwandlungsmechanismus einzubringen.
Die Vorspannung ist vorzugsweise als elastische Vorspannung ausgebildet.
Durch das Verspannelement kann vorzugsweise in den Umwandlungsmechanismus eine Kraft oder ein Moment, nämlich die Vorspannung, eingebracht werden. Der Betätigungsmechanismus ist ferner bevorzugt dazu ausgebildet, dass sich durch die Vorspannung die Elemente des Umwandlungsmechanismus miteinander verspannen. Das Verspannen erfolgt insbesondere im lastfreien Zustand, also dann, wenn keine Betätigungsbewegung durch das Betätigungselement ausgeführt wird, und also dann, wenn das Übertragungselement nicht verschoben wird.
Die Vorspannung bringt demnach eine Grundbelastung insbesondere in den
Umwandlungsmechanismus ein, so dass hierin ein Spiel, welches sich im lastfreien Zustand ergeben könnte, nicht auftritt, da alle Elemente durch die Vorspannung miteinander in Kontakt stehen, bzw. miteinander in Kontakt gehalten werden.
Der Kontakt der sich durch die Vorspannung einstellt, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine einsetzende Betätigu ngsbeweg ung des Betätigungselements unmittelbar in eine Verschiebung des Übertragungselements bevorzugt in Übertragungsrichtung erfolgt.
Der Betätigungsmechanismus ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Vorspannung zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement abzustützen.
Vorzugsweise ist das Verspannelement dazu ausgebildet, die Vorspannung auf das Übertragungselement aufzuprägen. Dies erfolgt vorzugsweise in Form einer Kraft in Richtung der Übertragungsrichtung. Vorzugsweise ist das Verspannelement insbesondere als Feder- oder Gummielement ausgebildet. Dadurch kann vorteilhafterweise durch Kenntnis des Werkstoffverhaltens oder der Federkonstante eine genaue Vorspannung bestimmt werden, die durch das Verspannelement erzeugt wird.
Vorzugsweise stützt sich das Verspannelement direkt oder über Zwischenelemente in einem Gehäuse des Betätigungsmechanismus ab. Alternativ stützt sich das
Verspannelement an Elementen des Betätigungsmechanismus ab.
Alternativ oder zusätzlich steht das Verspannelement mit dem Übertragungselement oder dem Betätigungselement direkt oder über Zwischenelemente in Kontakt.
Der Umwandlungsmechanismus ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eine
Rotationsbewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung des Betätigungselements, in die Verschiebung des Übertragungselements parallel zur Übertragungsrichtung umzuwandein.
Wird auf einen derart ausgebildeten Umwandlungsmechanismus durch das
Verspannelement eine Kraft in Übertragungsrichtung aufgebracht, so bildet sich in diesem ein Moment aus, welches sich an weiteren Elementen abstützen muss. Somit kann durch Aufprägen einer Kraft auf das Übertragungselement eine Verspannung des Umwandlungsmechanismus erreicht werden.
Vorzugsweise weist der Umwandlungsmechanismus insbesondere eine Verzahnung, einen Kugelgewindetrieb, ein Bewegungsgewinde, einen Spindeltrieb oder ein
Schneckengewinde auf. Diese sind weiter bevorzugt dazu ausgebildet, die
Betätigungsbewegung des Betätigungselementes in eine Verschiebung des
Übertragungselements in Übertragungsrichtung umzuwandeln.
Vorzugsweise weist der Betätigungsmechanismus eine Antriebsvorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das Betätigungselement zur Ausführung der
Betätigungsbewegung zu bewegen. Die Antriebsvorrichtung ist insbesondere als Elektromotor oder pneumatischer oder hydraulischer Aktuator ausgebildet. Dadurch ist der Betätigungsmechanismus automatisiert, was insbesondere in einem
Kupplungssteller oder Getriebesteller der in einem Nutzfahrzeug eingesetzt wird, vorteilhaft ist. Die Antriebsvorrichtung steht ferner vorzugsweise mit dem
Betätigungselement in Kontakt, um dieses die Betätigungsbewegung ausführen zu lassen. Besonders bevorzugt ist zwischen der Antriebsvorrichtung und dem
Betätigungselement mindestens ein Zwischenelement vorgesehen, um eine
Antriebsbewegung der Antriebsvorrichtung in eine Betätigungsbewegung
umzuwandeln. Ein solches Zwischenelement weist insbesondere ein Getriebe auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung als das
Verspannelement ausgebildet. Im lastfreien Zustand bringt die Antriebsvorrichtung hierbei die Vorspannung, also eine Kraft oder ein Moment, zumindest in den
Umwandlungsmechanismus ein, wodurch die Elemente des
Umwandlungsmechanismus ihr Spiel entsprechend überwinden und ebenso in Kontakt treten, als würde das Betätigungselement eine Betätigungsbewegung ausführen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein zusätzliches Verspannelement entfallen kann.
Der Betätigungsmechanismus ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Vorspannung insbesondere durch ein Haltemoment, eine Haltekraft oder durch eine Verriegelung abzustützen.
Die Abstützung erfolgt besonders bevorzugt gegen die Antriebsvorrichtung, die ferner bevorzugt dazu ausgebildet ist, sich im lastfreien Zustand zu verriegeln oder zumindest ein Haltemoment oder eine Haltekraft gegen die Vorspannung aufzubringen. Weist die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor auf, so erfolgt die Abstützung vorzugsweise gegen das Reluktanzmoment des Elektromotors.
Vorzugsweise weist der Betätigungsmechanismus ein Getriebe auf, das dazu ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung in die Betätigungsbewegung des
Betätigungselements zu übersetzen. Dabei wird die Antriebsbewegung vorzugsweise durch die Antriebsvorrichtung hervorgerufen, die weiter bevorzugt mit dem Getriebe in Verbindung steht. So kann vorteilhafterweise durch das Getriebe die Möglichkeit geschaffen werden, eine
Antriebsvorrichtung vorzusehen, die lediglich eine relativ geringe Kraft oder ein relativ geringes Moment in das Getriebe einbringen muss.
Vorzugsweise weist das Getriebe insbesondere ein Zahnradgetriebe,
Schneckengetriebe oder Riemengetriebe auf.
Alternativ oder zusätzlich ist das Getriebe dazu ausgebildet, dass die durch das Verspannelement eingebrachte Vorspannung auch dem Getriebe aufgeprägt wird. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Verspannung des Getriebes erreicht, wodurch auch hier das Spiel, welches insbesondere im lastfreien Zustand bestehen kann, überwunden wird.
Vorzugsweise weist der Betätigungsmechanismus ferner eine Verdrehsicherung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Drehbewegung des Übertragungselementes um die Übertragungsrichtung zu blockieren. Dadurch ist sichergestellt, dass das
Übertragungselement bei einer Betätigungsbewegung des Betätigungselements, keine Drehung um die Übertragungsrichtung ausführt. Stattdessen wird die
Betätigungsbewegung gänzlich in die Übertragungsrichtung umgesetzt.
Die Betätigungsbewegung des Betätigungselements ist bevorzugt eine Drehbewegung, besonders bevorzugt um die Übertragungsrichtung.
Das Übertragungselement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mittels der Verschiebung in Übertragungsrichtung eine Kupplung auszu rücken. Alternativ ist das
Übertragungselement dazu ausgebildet, einen Gang eines Getriebes einzulegen bzw. zu lösen. Dazu ist das Übertragungselement bevorzugt dazu ausgebildet, ein entsprechendes Schaltelement eines Getriebes zu bewegen. Alternativ ist das
Übertragungselement dazu ausgebildet eine Gasse eines Getriebes zu wählen.
Darunter ist vorzugsweise zu verstehen, dass ein entsprechendes Schaltelement durch das Übertragungselement so innerhalb des Getriebes ausgerichtet wird, dass es einen Gang einlegen bzw. lösen kann. Dazu ist das Übertragungselement bevorzugt dazu ausgebildet, ein entsprechendes Schaltelement eines Getriebes zu bewegen, um dieses in Eingriff mit der entsprechenden Gasse zu bringen. Durch diese Ausbildung des Betätigungsmechanismus und insbesondere des Übertragungselements, kann der Betätigungsmechanismus für spezielle Anwendungen in der Fahrzeug- bzw.
Antriebstechnik ausgebildet werden. So kann der Betätigungsmechanismus bevorzugt in einem Kupplungssteller oder in einem Getriebesteller vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Kupplungssteller vorgesehen, der einen
Betätigungsmechanismus, wie oben beschrieben, aufweist. Durch diesen ist der Kupplungssteller vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Kupplung zu betätigen, insbesondere auszurücken.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Getriebesteller vorgesehen, der einen
Betätigungsmechanismus, wie oben beschrieben, aufweist. Durch den
Betätigungsmechanismus ist der Getriebesteller vorzugsweise dazu ausgebildet, Gänge in einem Getriebe einzulegen bzw. zu lösen oder eine Gassenwahl durchzuführen.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale lassen sich in beliebiger Weise miteinander kombinieren, wobei sämtliche Gegenstände, die sich dadurch ausbilden lassen, erfindungsgemäße Gegenstände darstellen.
Nachfolgend erfolgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mittels der beigefügten Zeichnungen.
Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsmechanismus,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Betätigungsmechanismus, und Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Betätigungsmechanismus.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Betätigungsmechanismus.
Es ist ein Übertragungselement 2 gezeigt, das sich in Form eines Stabes von links nach rechts erstreckt. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, parallel zu einer Übertragungsrichtung X verschoben zu werden. Das Übertragungselement 2 weist an seiner Oberseite eine Verzahnung (nicht gezeigt) auf. Es ist somit als Zahnstange ausgebildet. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, mit seinem linken Ende eine Kupplung (nicht gezeigt) zu betätigen, bzw. auszurücken, indem es in
Übertragungsrichtung X mit der Kupplung in Kontakt tritt und diese mittels Verschiebung in Übertragungsrichtung X ausrückt.
Ferner ist ein Betätigungselement 1 gezeigt welches als Ritzel ausgebildet ist. Das Betätigungselement 1 ist um eine Drehachse 1a, die senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist, drehbar ausgebildet. Die Verzahnung (nicht gezeigt) des Ritzels steht mit der Verzahnung des Übertragungselements 2 in Eingriff. Beide Verzahnungen bilden dabei einen Umwandlungsmechanismus 9, der im Bereich des Eingriffs beider
Verzahnungen durch einen gestrichelten Rahmen kenntlich gemacht ist. Der
Umwandlungsmechanismus 9 ist dazu ausgebildet, eine Betätigungsbewegung Y des Betätigungselements 1 , hier eine Drehung des Ritzels um die Drehachse 1 a, in eine Verschiebung des Übertragungselements 2 parallel zur Übertragungsrichtung X umzuwandeln.
Das Betätigungselement 1 steht in Verbindung mit einer Welle (nicht gezeigt) einer Antriebsvorrichtung 3, beispielsweise eines Elektromotors, wodurch das
Betätigungselement 1 in Drehung um die Drehachse 1a versetzt werden kann, wodurch die Ausführung der Betätigungsbewegung Y durch das Betätigungselement 1 , ermöglicht wird.
Der gezeigte Betätigungsmechanismus ist, wie oben erwähnt, zur Betätigung einer Kupplung mittels des linken Endes des Übertragungselements 2 ausgebildet. Zur Betätigung der Kupplung wird das Betätigungselement 1 mittels der Antriebsvorrichtung 3 in die Betätigungsbewegung Y versetzt. Dabei wird durch den
Umwandlungsmechanismus 9 die Betätigungsbewegung Y des Betätigungselements 1 in eine Verschiebung des Übertragungselements 2 in Übertragungsrichtung X umgewandelt. Das linke Ende des Übertragungselements 2 stößt dabei an die
Kupplung an und rückt diese im Zuge der Verschiebung in Übertragungsrichtung X aus.
Ist die Kupplung eingerückt und der Betätigungsmechanismus im lastfreien Zustand, wobei das linke Ende des Übertragungselements 2 somit nicht stark genug auf die Kupplung drückt, um diese auszurücken, können wiederum Vibrationen aus der Kupplung bzw. aus dem gesamten Antriebsstrang über den Kontakt zwischen dem linken Ende des Übertragungselements 2 und der Kupplung in den
Betätigungsmechanismus übertragen werden.
Insbesondere der Umwandlungsmechanismus 9, der hier als Verzahnung zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Übertragungselement 2 ausgebildet ist, kann ferner spielbehaftet sein. Vibrationen, die auf das Übertragungselement 2 übertragen werden, würden aufgrund des Spiels eine Relativbewegung der Verzahnung des Umwandlungsmechanismus 9 untereinander bewirken, wodurch einzelne Zähne der Verzahnung aneinander schlagen und verschleißen würden.
Daher schließt sich ferner rechts des Übertragungselements 2 ein Verspannelement 6 an, welches als Feder ausgebildet ist, die sich rechts in einem Gehäuse 7 des
Betätigungsmechanismus abstützt. Das Verspannelement 6 ist dazu ausgebildet, eine Vorspannung in Form einer Kraft parallel zur Übertragungsrichtung X auf das rechte Ende des Übertragungselements 2 aufzubringen, mit dem es direkt in Kontakt steht.
Diese Vorspannung wirkt derart, dass zumindest ein Teil davon in dem
Umwandlungsmechanismus 9, speziell in der Verzahnung, abgestützt wird. Über die Verzahnung des Umwandlungsmechanismus 9 wird die Vorspannung weiter an die Antriebsvorrichtung 3 übertragen, welche dazu ausgebildet ist, der Vorspannung entgegenzuwirken. Ist die Antriebsvorrichtung 3 als Elektromotor ausgebildet, kann dieses Moment als Reluktanzmoment aufgebracht werden. Dadurch wird in den Umwandlungsmechanismus 9 stets eine Vorspannung mit einer bestimmten Höhe eingebracht, die so ausgebildet ist, dass das Spiel innerhalb der Verzahnung überwunden wird. Das Betätigungselement 1 und das
Übertragungselement 2 stehen also auch im lastfreien Zustand durch die Vorspannung in Kontakt. Der Umwandlungsmechanismus 9 ist somit spielfrei ausgebildet.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Betätigungsmechanismus.
Es ist ein Übertragungselement 2 gezeigt, das sich in Form eines Stabes von links nach rechts erstreckt. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, parallel zu einer Übertragungsrichtung X verschoben zu werden. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, mit seinem linken Ende eine Kupplung (nicht gezeigt) zu betätigen, bzw. auszurücken, indem es in Übertragungsrichtung X mit der Kupplung in Kontakt tritt und diese ausrückt.
Ferner ist ein Betätigungselement 1 gezeigt welches als Mutter ausgebildet ist. Das Betätigungselement 1 ist dabei um eine Drehachse 1a, die parallel zur
Übertragungsrichtung X orientiert ist, drehbar in einer Betätigungsrichtung Y
ausgebildet. Das Betätigungselement 1 steht über ein Antriebselement 3a, das hier als Hohlwelle ausgeführt ist, mit einer Antriebsvorrichtung 3, beispielsweise mit einem Elektromotor, in Verbindung, wodurch das Betätigungselement 1 um die Drehachse 1a gedreht werden kann. Das Antriebselement 3a ist dazu ausgebildet, eine
Antriebsbewegung auf das Betätigungselement 1 aufzubringen. Die Antriebsvorrichtung 3 ist dazu ausgebildet, die Antriebsbewegung auf das Antriebselement 3a aufzubringen.
Das Übertragungselement 2 und das Betätigungselement 1 sind koaxial zueinander orientiert, wobei das Übertragungselement 2 das Betätigungselement 1 durchdringt. Ferner durchdringt das Übertragungselement 2 rechts des Betätigungselements 1 auch das Antriebselement 3a sowie die Antriebsvorrichtung 3, welche koaxial zu dem
Übertragungselement 2 orientiert sind. Zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Übertragungselement 2 ist ein
Kugelgewindetrieb mit umlaufenden Kugeln 8 vorgesehen. Die Kugeln 8 werden dabei in Kugelführungen (nicht dargestellt) geführt, welche sich auf der Außenseite des Übertragungselements 2 und auf der Innenseite des Betätigungselements 1 befinden. Der Kugelgewindetrieb stellt dabei einen Umwandlungsmechanismus 9 dar. Der Umwandlungsmechanismus 9 ist mit einem gestrichelten Rahmen kenntlich gemacht.
Durch den Umwandlungsmechanismus 9 kann die Betätigungsbewegung Y des Betätigungselements 1 auf das Übertragungselement 2 übertragen werden, welches daraufhin eine Verschiebung in Übertragungsrichtung X erfährt.
Ferner ist am rechten Ende des Übertragungselements 2 eine Verdrehsicherung 5 vorgesehen. Diese ist dazu ausgebildet, formschlüssig eine Drehbewegung des Übertragungselements 2 um die Übertragungsrichtung X bzw. um die Drehachse 1 a, zu blockieren, so dass die Betätigungsbewegung Y vollständig in die Verschiebung in Übertragungsrichtung X umgewandelt wird.
Der gezeigte Betätigungsmechanismus ist, wie oben erwähnt, zur Betätigung einer Kupplung mittels des linken Endes des Übertragungselements 2 ausgebildet. Zur Betätigung der Kupplung wird das Betätigungselement 1 mittels der Antriebsvorrichtung 3 in die Betätigungsbewegung Y versetzt. Dabei wird durch den
Umwandlungsmechanismus 9 die Betätigungsbewegung Y des Betätigungselements 1 in eine Verschiebung des Übertragungselements 2 in Übertragungsrichtung X umgewandelt. Das linke Ende des Übertragungselements 2 stößt dabei an die
Kupplung an und rückt diese im Zuge der Verschiebung in Übertragungsrichtung X aus.
Ist die Kupplung eingerückt und der Betätigungsmechanismus im lastfreien Zustand, wobei das linke Ende des Übertragungselements 2 somit nicht stark genug auf die Kupplung drückt, um diese auszurücken, können wiederum Vibrationen aus der Kupplung bzw. aus dem gesamten Antriebsstrang über den Kontakt zwischen dem linken Ende des Übertragungselements 2 und der Kupplung in den
Betätigungsmechanismus übertragen werden. Insbesondere der Umwandlungsmechanismus 9, der hier als Kugelgewindetrieb zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Übertragungselement 2 ausgebildet ist, kann spielbehaftet sein. Vibrationen, die auf das Übertragungselement 2 übertragen werden, würden aufgrund des Spiels eine Relativbewegung der Kugeln 8 und/oder der Kugelführungen zueinander bewirken, wodurch einzelne Kugeln 8 aneinander schlagen und verschleißen würden oder wodurch die Kugelführungen verschleißen würden.
Daher schließt sich ferner rechts des Übertragungselements 2 ein Verspannelement 6 an, welches analog zu dem Verspannelement 6 aus Fig. 1 als Feder ausgebildet ist, die sich rechts in einem Gehäuse 7 des Betätigungsmechanismus abstützt. Auch dieses Verspannelement 6 ist dazu ausgebildet, eine Vorspannung in Form einer Kraft parallel zur Übertragungsrichtung X auf das rechte Ende des Übertragungselements 2 aufzubringen, mit dem es direkt in Kontakt steht.
Diese Vorspannung wirkt derart, dass zumindest ein Teil davon in dem
Umwandlungsmechanismus 9, speziell in dem Kugelgewindetrieb, abgestützt wird. Dieses Abstützen bewirkt ferner in dem Umwandlungsmechanismus 9, dass ein Drehmoment zwischen Übertragungselement 2 und Betätigungselement 1 aufgebaut wird. Über den Kugelgewindetrieb des Umwandlungsmechanismus 9 und das
Antriebselement 3a wird die Vorspannung weiter an die Antriebsvorrichtung 3 übertragen, welche dazu ausgebildet ist, ein Moment zu erzeugen, das der
Vorspannung entgegenwirkt. Ist die Antriebsvorrichtung 3 als Elektromotor ausgebildet, kann dieses Moment als Reluktanzmoment aufgebracht werden.
Dadurch wird in den Umwandlungsmechanismus 9 stets eine Vorspannung mit einer bestimmten Höhe eingebracht, die so ausgebildet ist, dass das Spiel innerhalb des Kugelgewindetriebs überwunden wird. Das Betätigungselement 1 und das
Übertragungselement 2 stehen also auch im lastfreien Zustand durch die Vorspannung in Kontakt. Der Umwandlungsmechanismus 9 ist somit spielfrei ausgebildet.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Betätigungsmechanismus. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich im Wesentlichen um eine Erweiterung des Betätigungsmechanismus aus Fig. 2.
Es ist ein Übertragungselement 2 gezeigt, das sich in Form eines Stabes von links nach rechts erstreckt. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, parallel zu einer Übertragungsrichtung X verschoben zu werden. Das Übertragungselement 2 ist dazu ausgebildet, mit seinem linken Ende eine Kupplung (nicht gezeigt) zu betätigen, bzw. auszurücken, indem es in Übertragungsrichtung X mit der Kupplung in Kontakt tritt und diese ausrückt.
Ferner ist ein Betätigungselement 1 gezeigt welches als Mutter ausgebildet ist. Das Betätigungselement 1 ist dabei um eine Drehachse 1 a, die parallel zu der
Übertragungsrichtung X orientiert ist, drehbar in einer Betätigungsrichtung Y
ausgebildet. Das Betätigungselement 1 steht über ein Getriebe 4, das als
Zahnradgetriebe mit einem ersten Zahnrad 4a und einem zweiten Zahnrad 4b ausgebildet ist, und einem Antriebselement 3a, das hier als Eingangswelle des
Getriebes 4 ausgeführt ist, mit einer Antriebsvorrichtung 3, beispielsweise mit einem Elektromotor, in Verbindung, wodurch das Betätigungselement 1 um die Drehachse 1a gedreht werden kann. Das Antriebselement 3a ist dazu ausgebildet, eine
Antriebsbewegung in das Getriebe 4 einzubringen und somit auf das
Betätigungselement 1 zu übertragen. Die Antriebsvorrichtung 3 ist dazu ausgebildet, die Antriebsbewegung auf das Antriebselement 3a aufzubringen.
Das Übertragungselement 2 und das Betätigungselement 1 sind koaxial zueinander orientiert, wobei das Übertragungselement 2 das Betätigungselement 1 durchdringt.
Das Antriebseiement 3a sowie die Antriebsvorrichtung 3, sind zu der
Übertragungsrichtung X versetzt angeordnet.
Zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Übertragungselement 2 ist ein
Kugelgewindetrieb mit umlaufenden Kugeln 8 vorgesehen. Die Kugeln 8 werden dabei in Kugelführungen (nicht dargestellt) geführt, welche sich auf der Außenseite des Übertragungselements 2 und auf der Innenseite des Betätigungselements 1 befinden. Der Kugelgewindetrieb stellt dabei einen Umwandlungsmechanismus 9 dar. Der Umwandlungsmechanismus 9 ist mit einem gestrichelten Rahmen kenntlich gemacht.
Ferner steht das Übertragungselement 2 mit einer Verdrehsicherung 5 in Kontakt, die im Wesentlichen vergleichbar zu der Verdrehsicherung 5 aus Fig. 2 ausgebildet ist, um eine vollständige Umwandlung der Betätigungsbewegung Y in die Verschiebung in Übertragungsrichtung X zu gewährleisten.
Der gezeigte Betätigungsmechanismus ist, wie oben erwähnt, zur Betätigung einer Kupplung mittels des linken Endes des Übertragungselements 2 ausgebildet. Zur Betätigung der Kupplung wird das Betätigungselement 1 mittels der Antriebsvorrichtung 3 über das Antriebselement 3a und das Getriebe 4 in die Betätigungsbewegung Y versetzt. Dabei wird durch den Umwandlungsmechanismus 9 die Betätigungsbewegung Y des Betätigungselements 1 in eine Verschiebung des Übertragungselements 2 in Übertragungsrichtung X umgewandelt. Das linke Ende des Übertragungselements 2 stößt dabei an die Kupplung an und rückt diese im Zuge der Verschiebung in
Übertragungsrichtung X aus.
Ist die Kupplung eingerückt und der Betätigungsmechanismus im lastfreien Zustand, wobei das linke Ende des Übertragungselements 2 somit nicht stark genug auf die Kupplung drückt, um diese auszurücken, können wiederum Vibrationen aus der Kupplung bzw. aus dem gesamten Antriebsstrang über den Kontakt zwischen dem linken Ende des Übertragungselements 2 und der Kupplung in den
Betätigungsmechanismus übertragen werden.
Insbesondere der Umwandlungsmechanismus 9, der hier als Kugelgewindetrieb zwischen dem Betätigungselement 1 und dem Übertragungselement 2 ausgebildet ist, kann ferner spielbehaftet sein. Darüber hinaus kann auch zwischen dem ersten Zahnrad 4a und dem zweiten Zahnrad 4b des Getriebes 4 Spiel auftreten. Vibrationen, die auf das Übertragungselement 2 übertragen werden, würden aufgrund des Spiels eine Relativbewegung der Kugeln 8 und/oder der Kugelführungen in
Betätigungselement 1 und Übertragungselement 2 des Umwandlungsmechanismus 9 zueinander bewirken, wodurch einzelne Kugeln 8 aneinander schlagen und verschleißen würden oder die Kugelführungen verschleißen würden. Ferner kann auch eine Relativbewegung in der Verzahnung zwischen dem ersten Zahnrad 4a und dem zweiten Zahnrad 4b auftreten, wodurch hier einzelne Zähne aneinanderschlagen können und somit verschleißen würden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind somit mehrere Übertragungsstellen des
Betätigungsmechanismus potentiell verschleißbehaftet.
Daher schließt sich ferner rechts des Übertragungselements 2 ein Verspannelement 6 an, welches analog zu den Verspannelementen 6 aus Fig. 1 und Fig. 2 als Feder ausgebildet ist, die sich rechts in einem Gehäuse 7 des Betätigungsmechanismus abstützt. Auch dieses Verspannelement 6 ist dazu ausgebildet, eine Vorspannung in Form einer Kraft parallel zur Übertragungsrichtung X auf das rechte Ende des
Übertragungselements 2 aufzubringen, mit dem es direkt in Kontakt steht.
Diese Vorspannung wirkt derart, dass zumindest ein Teil davon in dem
Umwandlungsmechanismus 9, speziell in dem Kugelgewindetrieb, abgestützt wird.
Über den Kugelgewindetrieb des Umwandlungsmechanismus 9 wird ein Moment auf das Betätigungselement 1 aufgebracht, welches über das Getriebe 4 und das
Antriebselement 3a weiter an die Antriebsvorrichtung 3 übertragen wird. Die
Antriebsvorrichtung 3 ist dazu ausgebildet, ein Moment zu erzeugen, das diesem Moment und somit der Vorspannung entgegenwirkt. Ist die Antriebsvorrichtung 3 als Elektromotor ausgebildet, kann dieses Moment als Reluktanzmoment aufgebracht werden.
Dadurch wird in den Umwandlungsmechanismus 9 stets eine Vorspannung mit einer bestimmten Höhe eingebracht, die so ausgebildet ist, dass das Spiel innerhalb des Kugelgewindetriebs und/oder des Gewindes 4 überwunden wird. Das
Betätigungselement 1 und das Übertragungselement 2 stehen also auch im lastfreien Zustand durch die Vorspannung in Kontakt. Der Umwandlungsmechanismus 9 ist somit spielfrei ausgebildet. Die gezeigten Ausführungsbeispiele wirken nicht beschränkend auf den Gegenstand der Erfindung. Vielmehr können durch Variation, Kombination, Austausch oder
Weglassen einzelner Merkmale weitere Ausführungsformen erhalten werden, die ebenfalls als erfindungsgemäße Gegenstände gesehen werden können.
So ist beispielsweise die Verdrehsicherung 5 lediglich optional zu sehen.
Ferner kann der Umwandlungsmechanismus 9 bei einer Ausbildung des
Betätigungselements 1 als Mutter und des Übertragungselements 2 als Stange auch als Spindeltrieb, Bewegungsgewinde oder als eine andere geeignete Ausführungsform ausgebildet sein.
Auch das Getriebe 4 muss nicht zwingend als Getriebe mit einem ersten Zahnrad 4a und einem zweiten Zahnrad 4b ausgebildet sein. Stattdessen kann das Getriebe 4 auch alternativ oder zusätzlich einen Schneckentrieb, einen Riementrieb oder eine andere geeignete Getriebeausführungsform sowie mehr als nur eine Übersetzungsstufe aufweisen.
Das Getriebe muss zudem nicht zwingend bei Ausführungsformen vorgesehen werden, bei denen das Betätigungselement als Mutter ausgebildet ist. Auch die
Ausführungsform aus Fig. 1 und weitere Ausführungsformen können zwischen
Betätigungselement 1 und Übertragungselement 2 ein Getriebe 4 aufweisen.
Ferner ist das Verspannelement 6 nicht zwingend als Feder auszubilden, die translatorisch wirkt. Darüber hinaus ist beispielsweise die Ausbildung als Drehfeder mit entsprechender Anbindung möglich. Auch ist nicht zwingend erforderlich, dass das Verspannelement 6 dazu ausgebildet ist, die Vorspannung auf das
Übertragungselement 2 aufzubringen. Die Vorspannung kann alternativ oder zusätzlich auch auf das Betätigungselement 1 oder ein anderes Element, beispielsweise eines der Zahnräder 4a, 4b, aufgebracht werden. Das Verspannelement kann auch die Vorspannung nicht direkt, sondern über
Zwischenelemente insbesondere auf das Betätigungselement 1 oder auf das
Übertragungselement 2 aufbringen.
Weiter muss die Antriebsvorrichtung 3 nicht zwingend als Elektromotor ausgebildet sein. Stattdessen kann hier auch eine hydraulische oder pneumatische
Antriebsvorrichtung vorgesehen sein.
Die Betätigungsbewegung Y ist ferner nicht zwingend als Rotationsbewegung um eine Drehachse 1 a auszubilden. Der Betätigungsmechanismus, insbesondere der
Umwandlungsmechanismus 9 und/oder das Getriebe 4, können/kann so ausgebildet sein, dass auch eine translatorische Betätigungsbewegung Y oder eine
Betätigungsbewegung Y mit zumindest translatorischem Anteil in eine Verschiebung des Übertragungselementes 2 in Übertragungsrichtung X umgewandelt wird.
Zur Abstützung der Vorspannung muss schließlich nicht zwingend ein Moment der Antriebsvorrichtung verwendet werden. Stattdessen kann auch in den gezeigten Ausführungsformen und weiteren Ausführungsformen eine Verriegelung vorgesehen sein, die dazu ausgebildet ist, sich im lastfreien Zustand zu verriegeln, wodurch eine Abstützung der Vorspannung gegen die Verriegelung erfolgt. Die Verriegelung kann insbesondere in der Antriebsvorrichtung 3, dem Getriebe 4 oder anderen Elementen vorgesehen sein, die zur Umwandlung der Antriebsbewegung bzw. der
Betätigungsbewegung Y in die Verschiebung des Übertragungselements 2 entlang der Übertragungsrichtung ausgebildet sind.
Die Ausführungsformen die in den Fig. 1 , 2 und 3 gezeigt sind beziehen sich auf Betätigungsmechanismen zur Ausrückung einer Kupplung, wobei die
Betätigungsmechanismen in einem Kupplungssteller vorgesehen sein können. Darüber hinaus sind weitere Ausführungsformen denkbar, bei denen das Übertragungselement 2 zur Betätigung eines Elements in einem Getriebe ausgebildet ist. Dieses Element ist beispielsweise dazu ausgebildet, einen Gang einzulegen bzw. zu lösen oder eine Gassenwahl durchzuführen. Der Betätigungsmechanismus kann daher auch in einem Getriebesteller vorgesehen sein, wobei ein solcher Getriebesteller durch den Betätigungsmechanismus auch ein verbessertes Vibrationsverhalten aufweist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Betätigungselement
1a Drehachse
2 Übertragungselement
3 Antriebsvorrichtung
3a Antriebselement
4 Getriebe
4a erstes Zahnrad
4b zweites Zahnrad
5 Verdrehsicherung
6 Verspannelement
7 Gehäuse
8 Kugel
9 Umwandlungsmechanismus
X Übertragungsrichtung
Y Betätigungsbewegung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Betätigungsmechanismus, aufweisend:
- ein Übertragungselement (2), das zu einer Verschiebung parallel zu einer
Übertragungsrichtung (X) ausgebildet ist,
- ein Betätigungselement (1), das dazu ausgebildet ist, eine Betätigungsbewegung (Y) auszuführen, um die Verschiebung des Übertragungselements (2) zu verursachen, wobei
zwischen dem Übertragungselement (2) und dem Betätigungselement (1) ein Umwandlungsmechanismus (9) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, die
Betätig ungsbeweg u ng (Y) des Betätigungselements (1) in die Verschiebung des Übertragungselement (2) umzuwandeln, und
- ein Verspannelement (6), das dazu ausgebildet ist, eine, vorzugsweise elastische, Vorspannung zumindest in den Umwandlungsmechanismus (9) einzubringen.
2. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1 , wobei
das Verspannelement (6) dazu ausgebildet ist, die Vorspannung auf das
Übertragungselement (2) aufzuprägen.
3. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verspannelement (6) insbesondere als Feder- oder Gummielement ausgebildet ist, und/oder
sich das Verspannelement (6) in einem Gehäuse (7) oder an Elementen des Betätigungsmechanismus abstützt, und/oder
das Verspannelement (6) mit dem Übertragungselement (2) oder dem
Betätigungselement (1) direkt oder über Zwischenelemente in Kontakt steht.
4. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Umwandlungsmechanismus (9) dazu ausgebildet ist, eine Rotationsbewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung des Betätigungselements (1), in die
Verschiebung des Übertragungselements (2) parallel zur Übertragungsrichtung (X) umzuwandeln.
5. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Umwandlungsmechanismus (9) insbesondere eine Verzahnung, einen
Kugelgewindetrieb, ein Bewegungsgewinde, einen Spindeltrieb oder ein
Schneckengewinde aufweist.
6. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend:
- eine Antriebsvorrichtung (3), die dazu ausgebildet ist, das Betätigungselement (1 ) zur Ausführung der Betätigungsbewegung (Y) zu bewegen.
7. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet ist, die Vorspannung insbesondere durch eine Haltekraft, ein Haltemoment oder eine Verriegelung abzustützen.
8. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend:
- ein Getriebe (4), das dazu ausgebildet ist, eine Antriebsbewegung in die
Betätigungsbewegung (Y) des Betätigungselements (1) zu übersetzen.
9. Betätigungsmechanismus nach Anspruch 8, wobei
das Getriebe (4) insbesondere ein Zahnradgetriebe, Schneckengetriebe oder Riemengetriebe aufweist, und/oder
das Getriebe (4) dazu ausgebildet ist, dass die durch das Verspannelement (9) eingebrachte Vorspannung auch dem Getriebe (4) aufgeprägt wird.
10. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, aufweisend:
- eine Verdrehsicherung (5), die dazu ausgebildet ist, eine Drehbewegung des Übertragungselementes (2) um die Übertragungsrichtung (X) zu blockieren.
11. Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Übertragungselement (2) dazu ausgebildet ist, mittels der Verschiebung in Übertragungsrichtung (X) eine Kupplung auszurücken oder einen Gang eines Getriebes einzulegen bzw. zu lösen oder eine Gasse eines Getriebes zu wählen.
12. Kupplungssteller aufweisend einen Betätigungsmechanismus nach einem der
Ansprüche 1 bis 11.
13. Getriebesteller aufweisend einen Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
EP19783463.3A 2018-10-24 2019-09-30 Betätigungsmechanismus, kupplungssteller und getriebesteller mit verbessertem vibrationsverhalten Pending EP3870873A1 (de)

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