WO2011023564A1 - Elektromechanische betätigungsanordnung - Google Patents

Elektromechanische betätigungsanordnung Download PDF

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WO2011023564A1
WO2011023564A1 PCT/EP2010/061775 EP2010061775W WO2011023564A1 WO 2011023564 A1 WO2011023564 A1 WO 2011023564A1 EP 2010061775 W EP2010061775 W EP 2010061775W WO 2011023564 A1 WO2011023564 A1 WO 2011023564A1
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WO
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actuating
lever element
bearing point
switching element
spindle
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Application number
PCT/EP2010/061775
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Gumpoltsberger
Benjamin Schneider
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Reisch, Matthias
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D28/00—Electrically-actuated clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • F16D27/004—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor with permanent magnets combined with electromagnets

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element of a vehicle transmission according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • switching elements are actuated hydraulically in automatic transmissions.
  • an oil pump is driven by the crankshaft of the internal combustion engine of the vehicle, wherein a piston for actuating the switching elements is acted upon by the hydraulic means via a control unit and corresponding control valves.
  • a control unit and corresponding control valves In addition to the considerable space for the hydraulic actuation, there is also the disadvantage that an actuation of the switching element is possible only when the internal combustion engine is operated. Thus, the start-stop function and the hybrid capability of the vehicle is limited.
  • EP 1 586 784 A1 also discloses a coupling saktor which comprises an electromotive actuator for actuating the coupling.
  • the actuator is designed as an electric motor which is coupled to a releaser for actuating the clutch.
  • the releaser is designed as a spring band transmission.
  • the spring band transmission is operated with the electric motor so that the clutch is opened or closed by the spring band gear depending on the direction of rotation by moving the outer part of the spring band gear in the axial direction, so that the plate spring tongues of the clutch are moved. Due to the large number of components required a considerable space is required, so that an arrangement radially within the clutch is not possible.
  • a high drive power in the electric motor is required to apply the actuating force for actuating the diaphragm spring tongues of the clutch.
  • the present invention is based on the object to propose an actuating arrangement of the type described above, which a possible lends low space requirement and also requires the lowest possible drive power.
  • an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element in particular for a power shift element in an automatic transmission, proposed with at least one drive device which is coupled to an actuating device for actuating the switching element, wherein the actuating device at least one spring-loaded lever element for applying a predetermined actuating force to the switching element includes.
  • the bearing point of the lever element for adjusting the predetermined actuating force is variable.
  • a spring-compensated switching element actuation is realized by only the bearing point of the lever element is changed by the drive means for a given spring force for adjusting the desired actuating force, for which only a small power for high actuating forces is required.
  • the adjustment of the bearing point can be done electromechanically.
  • high actuating forces can be stored via springs as potential energy, wherein the drive device only controls the system or adjusts the bearing point.
  • the adjusting device comprises a spindle drive driven by the drive device for adjusting the bearing point or the support point of the lever element.
  • the adjustment is thus electromechanical via a gradient concept, wherein in addition to the spindle drive and a ball ramp or the like can be used.
  • the spindle nut axially adjustable along the spindle can preferably be coupled to a bearing point guide or the like of the lever element.
  • the bearing point guide can be guided over virtually at least one rolling element or the like along the lever element in order to change or shift the respective bearing point in one or the other direction.
  • a lever element is preferably used.
  • a lever element may preferably be assigned to the switching element starting from the bearing point, one end of the lever element and the other end of the lever element are fixed to the housing to realize the desired leverage.
  • the predetermined spring force which acts continuously on the lever element, can be applied, for example via at least one tension spring, so that the lever element is biased by the tension spring.
  • other means for applying the biasing force can be used.
  • the lever element in the case of the proposed actuating arrangement, can be rotationally symmetrical.
  • at least the adjusting device can be arranged substantially radially inwardly relative to the switching element in the transmission housing.
  • the spring-compensated and spindle-guided switching element actuation can preferably be used for powershift elements in automatic transmissions. But there are other connections possible.
  • the arrangement according to the invention with its drive device and the combination mechanism or the adjusting device are arranged radially outside the switching element to be actuated.
  • Figure 1 is a schematic representation of the general principle of action of an actuating arrangement according to the invention
  • Figure 2 is a partial sectional view of the actuator assembly according to the invention in a transmission housing of a vehicle
  • FIG. 3 shows a partial section along the section line A-A according to FIG. 2
  • the actuating arrangement comprises an electric motor 1 as a drive device, with which a spindle drive 2 of the adjusting device is driven to adjust a bearing point 3 of a spring-loaded lever element 4 of the adjusting device, via the lever member 4, a predetermined force on the to transmit actuating switching element, wherein the adjustment of the bearing point 3 is indicated by an arrow in Figure 1.
  • the spring force F F for adjusting the lever element 4 and the force F lamella applied to the switching element embodied as a multi-disc clutch 5 are likewise indicated in FIG. In this way, a spring-compensated and spindle-guided actuating arrangement for actuating a running as a multi-plate clutch 5 switching element is realized.
  • FIG. 2 shows a possible embodiment variant of the actuating arrangement according to the invention in section in a transmission housing 6 of a vehicle. posed.
  • the electric motor 1 designed as a drive device is provided with a spindle
  • the lever element 4 is connected via e.g. biased two tension springs 10, which in particular from Figure 3 can be seen.
  • the lever element 4 is assigned starting from the bearing point 3 with a first end 1 1 of the disk set of the multi-plate clutch 5 and the second end 12 of a housing-fixed support 13. If now the bearing point 3 of the lever element 4 is changed, thereby also the force applied to the disk set of the multi-plate clutch 5 can be changed.
  • the slats of the disk set of the multi-plate clutch 5 are quasi of the prestressed tension springs 10, which are translated with the lever member 4, operated.
  • the transmission ratio can be varied via the adjustable bearing point 3.

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Abstract

Es wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung zumindest ein federbelastetes Hebelelement (4) zum Aufbringen einer vorbestimmten Stellkraft auf das Schaltelement umfasst, und wobei der Lagerpunkt (3) des Hebelelementes (4) zum Einstellen der vorbestimmten Stellkraft veränderbar ist.

Description

Elektromechanische Betätiqunqsanordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass Schaltelemente in Automatgetrieben hydraulisch betätigt werden. Dazu wird eine Ölpumpe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges angetrieben, wobei mit dem Hydraulikmittel über ein Steuergerät und entsprechende Regelventile ein Kolben zum Betätigen der Schaltelemente beaufschlagt wird. Neben dem erheblichen Bauraum für die hydraulische Betätigung ergibt sich auch der Nachteil, dass eine Betätigung des Schaltelements nur bei betriebenem Verbrennungsmotor möglich ist. Somit ist die Start- Stopp-Funktion und die Hybridfähigkeit des Fahrzeuges eingeschränkt.
Beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 586 784 A1 ist auch eine Kupplung- saktorik bekannt, die einen elektromotorischen Stellantrieb zum Betätigen der Kupplung umfasst. Der Stellantrieb ist als Elektromotor ausgebildet, der mit einem Ausrücker zum Betätigen der Kupplung gekoppelt ist. Der Ausrücker ist als Federbandgetriebe ausgebildet. Um die Kupplung zu betätigen, wird das Federbandgetriebe mithilf e des Elektromotors betätigt, so dass die Kupplung je nach Drehrichtung durch das Federbandgetriebe geöffnet oder geschlossen wird, indem das Außenteil des Federbandgetriebes in axialer Richtung bewegt wird, so dass die Tellerfederzungen der Kupplung bewegt werden. Aufgrund der Vielzahl der erforderlichen Bauteile wird ein erheblicher Bauraum benötigt, so dass eine Anordnung radial innerhalb der Kupplung nicht möglich ist. Zudem ist eine hohe Antriebsleistung bei dem Elektromotor erforderlich, um die Stellkraft zum Betätigen der Tellerfederzungen der Kupplung aufzubringen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Betätigungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche einen mög- liehst geringen Bauraumbedarf und zudem eine möglichst geringe Antriebsleistung erfordert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Demnach wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement, insbesondere für ein Lastschaltelement in einem Automatgetriebe, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung zumindest ein federbelastetes Hebelelement zum Aufbringen einer vorbestimmten Stellkraft auf das Schaltelement umfasst. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Lagerpunkt des Hebelelementes zum Einstellen der vorbestimmten Stellkraft veränderbar ist.
Somit wird eine federkompensierte Schaltelementbetätigung realisiert, indem bei vorgegebener Federkraft zum Einstellen der gewünschten Stellkraft lediglich der Lagerpunkt des Hebelelementes durch die Antriebseinrichtung verändert wird, wofür nur eine geringe Leistung für hohe Stellkräfte erforderlich ist. Die Verstellung des Lagerpunktes kann elektromechanisch erfolgen. Bei dem kompensierten System können hohe Stellkräfte über Federn als potentielle Energie gespeichert werden, wobei die Antriebseinrichtung lediglich das System steuert bzw. den Lagerpunkt verstellt. Durch die elektromechanische Betätigungsanordnung kann eine Leistungseinsparung gegenüber hydraulischen Antrieben durch Verringerung der erforderlichen hydraulischen Leistung erreicht werden. Zudem ergibt sich eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung der Energieversorgung aus dem Bordnetz bei der elektrischen Antriebseinrichtung der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung. Darüber hinaus können aufwändige Kanäle und hydraulische Bauteile, die für einen hydraulischen Antrieb erforderlich sind, entfallen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung auch eine Start-Stopp-Funktion eines Verbrennungsmotors und eines Hybridantriebes realisierbar ist. Eine mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die Stelleinrichtung einen von der Antriebseinrichtung angetriebenen Spindeltrieb zum Verstellen des Lagerpunktes beziehungsweise des Auflagerpunktes des Hebelelementes umfasst. Die Verstellung erfolgt somit elektromechanisch über ein Steigungskonzept, wobei neben dem Spindeltrieb auch eine Kugelrampe oder dergleichen eingesetzt werden kann.
Bei der Verwendung eines Spindeltriebes kann vorzugsweise die axial entlang der Spindel verstellbare Spindelmutter mit einer Lagerpunktführung oder dergleichen des Hebelelementes gekoppelt werden. Die Lagerpunktführung kann quasi über zumindest einen Wälzkörper oder dergleichen entlang des Hebelelementes geführt werden, um den jeweiligen Lagerpunkt in die eine oder andere Richtung zu verändern beziehungsweise zu verschieben.
Um das Schaltelement mit der Stellkraft zu beaufschlagen, wird vorzugsweise ein Hebelelement verwendet. Es sind auch andere Übertragungsmittel denkbar. Bei der Verwendung eines Hebelelementes kann vorzugsweise ausgehend von dem Lagerpunkt ein Ende des Hebelelementes dem Schaltelement zugeordnet sein und das andere Ende des Hebelelementes gehäusefest abgestützt werden, um die gewünschte Hebelwirkung zu realisieren.
Die vorgegebene Federkraft, die kontinuierlich auf das Hebelelement wirkt, kann zum Beispiel über zumindest eine Zugfeder aufgebracht werden, so dass das Hebelelement über die Zugfeder vorgespannt ist. Es jedoch auch andere Mittel zum Aufbringen der Vorspannkraft einsetzbar.
In vorteilhafter weise kann bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung das Hebelelement rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Vorzugsweise kann zumindest die Stelleinrichtung im Wesentlichen radial innen bezogen auf das Schaltelement in dem Getriebegehäuse angeordnet werden. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteil. Die federkompensierte und spindelgeführte Schaltelementbetätigung kann vorzugsweise für Lastschaltelemente in Automatgetrieben eingesetzt werden. Es sind aber auch andere Verbindungen möglich. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Anordnung mit ihrer Antriebseinrichtung und dem Kombinationsmechanismus beziehungsweise der Stelleinrichtung radial außerhalb des zu betätigenden Schaltelements angeordnet werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung;
Figur 2 eine geschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges; und
Figur 3 einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß Figur 2.
In Figur 1 ist das allgemeine Wirkprinzip der vorgeschlagenen elektromecha- nischen Betätigungsanordnung skizziert. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass die Betätigungsanordnung einen Elektromotor 1 als Antriebseinrichtung umfasst, mit dem ein Spindeltrieb 2 der Stelleinrichtung angetrieben wird, um einen Lagerpunkt 3 eines federbelasteten Hebelelementes 4 der Stelleinrichtung zu verstellen, um über das Hebelelement 4 eine vorbestimmte Stellkraft auf das zu betätigende Schaltelements zu übertragen, wobei die Verstellung des Lagerpunktes 3 mit einem Pfeil in Figur 1 angedeutet ist. Die Federkraft FF zur Verstellung des Hebelelementes 4 und die auf das als Lamellenkupplung 5 ausgebildete Schaltelement aufgebrachte Kraft F Lamelle sind ebenfalls in Figur 1 angedeutet. Auf diese Weise wird eine federkompensierte und spindelgeführte Betätigungsanordnung zum Betätigen eines als Lamellenkupplung 5 ausgeführten Schaltelementes realisiert.
In Figur 2 ist eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung im Schnitt in einem Getriebegehäuse 6 eines Fahrzeuges dar- gestellt. Der als Antriebseinrichtung ausgebildete Elektromotor 1 ist mit einer Spindel
7 des Spindeltriebes 2 gekoppelt, so dass durch die Drehung der Spindel 7 die dazugehörige Spindelmutter 8 axial entlang der Spindel bewegt wird. An der Spindelmutter 8 ist eine Lagerpunktführung 9 für das Hebelelement 4 angeordnet. Durch die axiale Bewegung der Spindelmutter 8 entlang der Spindel 7 wird auch der Lagerpunkt 3 des Hebelelementes 4 entsprechend verändert.
Das Hebelelement 4 ist über z.B. zwei Zugfedern 10 vorgespannt, welches insbesondere auch aus Figur 3 ersichtlich ist. Das Hebelelement 4 ist ausgehend von dem Lagerpunkt 3 mit einem ersten Ende 1 1 dem Lamellenpaket der Lamellenkupplung 5 und mit dem zweiten Ende 12 einer gehäusefesten Abstützung 13 zugeordnet. Wird nun der Lagerpunkt 3 des Hebelelementes 4 verändert, kann dadurch auch die auf das Lamellenpaket der Lamellenkupplung 5 aufgebrachte Stellkraft verändert werden.
Die Lamellen des Lamellenpaketes der Lamellenkupplung 5 werden quasi von den vorgespannten Zugfedern 10, die mit dem Hebelelement 4 übersetzt werden, betätigt. Das Übersetzungsverhältnis lässt sich über den verstellbaren Lagerpunkt 3 variieren. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, wird der Auflagerpunkt beziehungsweise Lagerpunkt 3 auf der angetriebenen Spindel 7 mithilfe der Spindelmutter
8 in axialer Richtung geführt. Wenn sich der Lagerpunkt 3 im Angriffspunkt der Federkraft der Zugfedern 10 befindet, erfährt das Hebelelement 4 kein Moment. Durch die Verschiebung der Spindelmutter 8 in der Zeichnungsebene der Figur 2 nach links wird das Moment mit der Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses vergrößert.
Bezuqszeichen
Elektromotor
Spindeltrieb
Lagerpunkt
Hebelelement
Lamellenkupplung
Getriebegehäuse
Spindel
Spindelmutter
Lagerpunktführung
Zugfeder
erstes Ende des Hebelelementes
zweites Ende des Hebelelementes gehäusefeste Abstützung

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung zumindest ein federbelastetes Hebelelement (4) zum Aufbringen einer vorbestimmten Stellkraft auf das Schaltelement umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerpunkt (3) des Hebelelementes (4) zum Einstellen der vorbestimmten Stellkraft veränderbar ist.
2. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen von der Antriebseinrichtung angetriebenen Spindeltrieb (2) zum Verstellen des Lagerpunktes (3) des Hebelelementes (4) umfasst.
3. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axial entlang der Spindel (7) des Spindeltriebes (2) verstellbare Spindelmutter (8) mit einer Lagerpunktführung (9) des Hebelelements (4) gekoppelt ist.
4. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (4) ausgehend von dem Lagerpunkt (3) mit einem ersten Ende (1 1 ) dem Schaltelement zugeordnet ist und mit einem zweiten Ende (12) gehäusefest abgestützt ist.
5. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (4) über zumindest eine Zugfeder (10) vorgespannt ist.
6. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Hebelelement (4) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
7. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Stelleinrichtung im Wesentlichen radial innen bezogen auf das Schaltelement in dem Getriebegehäuse (6) angeordnet ist.
PCT/EP2010/061775 2009-08-31 2010-08-12 Elektromechanische betätigungsanordnung WO2011023564A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005021460A1 (de) * 2005-05-10 2006-11-16 Schaeffler Kg Verstelleinrichtung für Kupplungen und Getriebebremsen, insbesondere von Kraftfahrzeugen zum Verstellen eines einen Auflage- und Drehpunkt eines gebogenen Hebels bildenden Auflagerelements
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