WO2014012901A1 - Aktuatorvorrichtung - Google Patents

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WO2014012901A1
WO2014012901A1 PCT/EP2013/064943 EP2013064943W WO2014012901A1 WO 2014012901 A1 WO2014012901 A1 WO 2014012901A1 EP 2013064943 W EP2013064943 W EP 2013064943W WO 2014012901 A1 WO2014012901 A1 WO 2014012901A1
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WO
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actuator
balls
rings
ball
drive
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PCT/EP2013/064943
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French (fr)
Inventor
Wolfram Hasewend
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Publication date
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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
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/186—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions with reciprocation along the axis of oscillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/40—Actuators for moving a controlled member
    • B60Y2400/41—Mechanical transmissions for actuators
    • B60Y2400/414—Ramp or cam mechanisms
    • 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
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms

Definitions

  • the invention is based on an actuator device having a first actuator ring and a second actuator ring, which cooperate via balls in the respective ball grooves so that an axial movement of the actuator ring relative to one another is effected by a rotational movement of the actuator rings relative to each other.
  • a drive motor is provided which drives both actuator rings to a rotational movement relative to each other.
  • Actuator device for example for friction clutches are known from the prior art, so from DE 202005017525U 1.
  • the axial movement is achieved by a rotational movement of the second Aktuatorrings.
  • the first actuator ring is held against rotation.
  • the second actuator ring is connected to a drive motor via a
  • Gearing which is designed as a spur gear-Schnecken- toothing driven.
  • the position of the drive motor and the configuration of the toothing proves to be expensive.
  • the efficiency of the drive motor proves to be not optimal and requires by its power consumption an increased effort for the control unit that controls the revolutions of the axis of the drive motor.
  • an actuator device which has two relatively rotatable actuator rings, between which balls run.
  • a servomotor acts via a not further described mechanism on both actuator rings - both rings are rotated by a motor.
  • DE 39 28 816 AI shows an actuator with an adjusting ring and a pressure ring, both rings are rotatable relative to the shaft, a ring axially fixed, the other ring is axially displaceable.
  • an actuation device with a first actuator ring and a second actuator ring which cooperate via balls in the respective ball grooves in such a way that they pass through a
  • the drive motor drives a device that transmits the driving force directly on the ball grooves on both actuator rings.
  • this type of direct drive has a higher speed
  • the direct drive makes it possible to use a drive motor with a design that requires a lower power consumption and has to provide a low torque capacity. Thereby At the same time the effort that has to be driven for the control unit is reduced. The entire energy balance is optimized by the use of a direct drive.
  • the direct drive of the actuator rings makes it possible to provide a force-controlled instead of a path-controlled axial displacement. This has the great advantage that, for example, when used in a
  • Friction clutch the force on a pressure plate is easily readjusted, and even in a wear situation of the friction clutch a
  • Power transmission allows the axial force on, for example
  • Coupling packet of a friction clutch in a simple way to transfer. Furthermore, the principle of the direct drive has the advantage that a friction clutch opens completely and automatically when the
  • Actuator is de-energized. This can be one with the
  • equipped actuator according to the invention equipped vehicle can be towed without problems.
  • the direct drive eliminates screw and toothed segments and a complicated structural support of the drive motor in the housing, since the drive motor was not centrally mounted in the prior art and therefore the axial forces had to be dissipated.
  • the proposed actuator device makes it possible to simplify production and therefore meet higher quality requirements. So far, there have always been problems with the assembly
  • the ball grooves are arranged in concentric circles one above the other and allow a very large and
  • the ball grooves are designed so that they form an almost complete circle. This measure also serves for optimal adjustment of the adjustment.
  • the drive device is designed as a frictional connection, which allows the friction clutch power controlled instead of driving away controlled.
  • a frictional connection of the drive device is made with the Aktuatorringen.
  • the configuration of the actuator rings is optimized for the particular application, wherein the position of the balls is arbitrary. It is also advantageous that the actuator rings themselves be adapted to the requirements of the respective friction clutch, wherein they are either flat or may have a slope.
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view of a friction clutch in the prior art
  • Fig. 2 shows an exploded view of the inventive drive solution
  • Fig. 3 shows actuator rings according to the invention
  • Fig.4 shows ball cages according to the invention
  • Fig.5 shows a sectional view of the drive.
  • Fig. 1 an embodiment of an actuator for a multi-disc clutch of the prior art is shown. Since the components are also used in the inventive solution, the
  • Friction clutch has within a housing 1 1 a
  • Clutch hub 13 which is rotatably connected to a drive shaft 15. Via respective friction plates 17, the clutch hub 13 can be frictionally coupled to a clutch basket 19, which is rotatably mounted about the central axis A of the clutch or the drive shaft 15 and is coupled via a spur gear 21 with a (not shown) output shaft.
  • the frictional engagement for the transmission of torque between the clutch hub 13 and the clutch basket 19 is effected by means of a pressure plate 23, which against the bias of a
  • Disk spring assembly 25 is axially displaceable and thereby the respective friction plates 17 of the clutch hub 13 and clutch basket 19 pressed together.
  • a support ring 27 and an adjusting ring 29 are provided, which are arranged coaxially with each other and with respect to the central axis A.
  • the support ring 27 is rotatably and axially fixed and constitutes a first actuator ring.
  • the support ring 27 is supported by means of a radial bearing 31 and a thrust bearing 33 on the drive shaft 15 and a portion 35 of the drive shaft 15, and the support ring 27th is rotatably held by positive connection with a securing portion of the housing 1 1 (not shown).
  • the adjusting ring, the second actuator ring 29 is rotatably and axially displaceably mounted, and it is by means of a thrust bearing 37 at the
  • the ball grooves 39, 41 are inclined with respect to the normal plane of the central axis A, ie the ball grooves 39, 41 have a varying depth along said circumferential course. This ensures that a rotational movement of the adjusting ring 29 relative to the rotatably held support ring 27 leads to an axial displacement of the adjusting ring 29 so that by such a rotational movement of the adjusting ring 29, the pressure plate 23 axially offset and the clutch can be actuated thereby.
  • the bias caused by the disc spring assembly 25 ensures that in each rotational position of the adjusting ring 29 relative to the support ring 27, the respective ball 43 is trapped in the associated ball grooves 39, 41.
  • a coupling portion 47 is formed radially outside along an angular range, which is formed as an angular segment of a (cylindrical) lentrads.
  • This coupling portion 47 together with a (also cylindrical) synchronradwelle 49 of the drive motor (or a pinion provided thereon) a fferradveriereung 51st
  • Torque can be transmitted from the clutch hub 13 to the clutch basket 19.
  • ReibungsBankes happens in reverse order, ie the drive motor causes the adjusting ring 29 to a rotational movement in the opposite direction, the corresponding axial movement of
  • Adjusting ring 29 and pressure plate 23 in the direction of the support ring 27 is supported by the plate spring assembly 25.
  • FIG. 2 shows the solution according to the invention of the actuation device with the two actuator rings and the drive device 22 as well as with parts of the coupling in an exploded view.
  • An axial bearing 37 supports a first actuator ring 27. This is followed by a cage 20, and a second actuator ring 29, which in turn from a
  • Thrust bearing 37 ' is supported. In the direction of the multi-plate clutch, the pressure plate 23 with clutch basket 19 and clutch hub thirteenth
  • a drive motor 45 engages with a drive device 22 spatially between the two actuator rings.
  • the drive motor 45 rotates about an axis B, a device 22 which has a receptacle 30 in which slots 34 are located.
  • a dumbbell-shaped element 36 is introduced with an upper ball head 38.
  • the dumbbell-shaped element 36 ends on the side of the actuator rings in a lower ball head 40. This lower ball head 40 together with the balls 43, the elements for transmitting power between the two
  • the Aktuationsvotechnisch is braced between the thrust bearings 37 and 37 '. It can be seen that the cage 20 surrounds the first actuator ring 27.
  • the cage 20 is shown in detail.
  • the cage 20 surrounds the first actuator ring 27 with an outer edge 52. It forms a
  • the cage 20 has receptacles 53, which are provided for guiding the balls 43 and the ball head 40.
  • the receptacles 53 are openings through which the balls 43 and the ball head 40 have contact with the first actuator ring 27.
  • the receptacle 53 which guides the lower ball head 40 of the drive device 22, shows an additional slot-shaped enlargement 57 in which the axis of the dumbbell-shaped element 36 is received.
  • Friction clutch stored against rotation is not limited to a nose 54 but can also with several
  • Ball head 40 in a housing for example, the housing 1 1 of the friction clutch is fixedly mounted and the two actuator ring 27 and 29 can rotate relative to this cage and the plane defined by him and move axially.
  • the second actuator ring 29 On the executed for coupling side of the actuator, the second actuator ring 29 is arranged.
  • the ball 43 and the lower ball head 40 is in contact with both Aktuatorringen 27 and 29.
  • the balls are thereby guided by the cage 20.
  • the lower ball head 40 engages the outermost ball grooves 39, 41 while the ball 43 in this
  • the ball grooves extend over at least an angular range of 270 ° per ball.
  • the actuator ring 27 is shown on the right side of Figure 3, the actuator ring 27 is shown.
  • the concentrically arranged ball grooves 39 form closed circles.
  • the actuator ring 27 is designed in this embodiment without a slope and the ball grooves have no ramp angle.
  • the actuator ring 27 is designed by this design arbitrary and also rotatable by more than 360 °.
  • An exemplary embodiment of the ball grooves shows different ramp angles of the different grooves.
  • the ball groove of the innermost circle has a ramp angle of 0.555 ° during the
  • Ramp angle of the outward nearest ball track is 0.473 ° and the outermost ramp angle is designed even smaller with 0.413 °.
  • the raceway diameter of the different ball grooves is greater than 70 mm to 82 mm and 94 mm larger. With this exemplary embodiment, an actuation stroke of 2.04 mm is possible with a ball diameter size of 8 mm.
  • the ramp angle of the different grooves and the length of the webs depends strongly on the design of the Aktuationsvorraum.
  • the parameters to be set must also take account of the fact that the balls and a load-bearing drive by the different Radial distance of the balls are loaded differently from the center.
  • the drive motor 45 conducts power to the two actuator rings via the device 22.
  • To the device 22 includes a hinge 60, which is provided for the decoupling between the drive motor 45 and actuator.
  • the joint 60 allows a lush soft bend
  • the device 22 also includes an upstream transmission, such as a planetary gear.
  • the drive motor 45 rotates about the axis B, the dumbbell-shaped element 36 with the lower ball head 40.
  • lubricated actuator is small at about 0.01, but the low ramp angle of the ball grooves and the long adjustment paths
  • Actuator rings 27 and 29 in opposite directions.
  • the lower ball head 40 and the balls move along the respective ramps of the ball grooves and increase the distance between the Aktuatorringen.
  • Pressure plate 23 takes place. As a result, the clutch is actuated.
  • the proposed Aktuationsvorraum has the advantage that when the drive motor 45 is de-energized, no blockage of the device takes place. As soon as the drive motor no longer applies any force to the actuator rings, the actuator rings move back into the starting position under the prestressing of the disc spring assembly 17 shown in FIG. 1 and the clutch is opened. This has the great advantage that the coupling with the actuator according to the invention is not destroyed when the vehicle is towed.
  • the actuation stroke is set via continuous
  • a ball in the form of a ball head 40 is selected for the device 22 and the driving element.
  • the ball is only frictionally engaged with the Aktuatorringen 27 and 29 in connection.
  • a ball head as a drive element is only an example, conical configurations can also be selected. Furthermore, it is possible to design the drive element only for the introduction of the driving force and not to use the drive element as a bearing for receiving the load.
  • the elements for receiving the load can also be conical elements. There are too
  • the positions of the balls or the ball head are chosen so that they are on the circumference of 120 °
  • the configuration of the actuator rings 27 and 29 is in
  • Embodiment symmetrical. Both actuator rings are arranged mirror-inverted to each other and configured identical. For different applications, it is possible to make one of the actuator rings flat and to provide only the second actuator ring with a slope. In an alternative embodiment, it is also possible both
  • the updating device is provided with a ⁇ lleit adopted, the lubrication of
  • the enumerated measures and variants can all be combined with one another and allow a high degree of adaptation to the required performance of the actuation device.

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Description

Aktuatorvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Aktuatorvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring und einem zweiten Aktuatorring, die über Kugeln in den jeweiligen Kugelrillen so zusammenwirken, dass durch eine Drehbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine Axialbewegung der Aktuatorring relativ zueinander bewirkt wird. Dabei ist ein Antriebsmotor vorgesehen, der beide Aktuatorringe zu einer Drehbewegung relativ zueinander antreibt.
Im speziellen wir die Aktuatorvorrichtung für den Einsatz in einer
Reibungskupplung vorgesehen.
Stand der Technik
Aktuatorvorrichtung beispielsweise für Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik, so aus der DE 202005017525U 1 bekannt. Bei dieser Reibungskupplung wird die Axialbewegung durch eine Drehbewegung des zweiten Aktuatorrings erreicht. Der erste Aktuatorring ist drehfest gehalten. Der zweite Aktuatorring wird mit einem Antriebsmotor über eine
Verzahnung, die als Stirnrad -Schnecken- Verzahnung ausgebildet ist, angetrieben.
Dabei erweist sich die Position des Antriebsmotors sowie die Ausgestaltung der Verzahnung als aufwändig. Auch der Wirkungsgrad des Antriebsmotors erweist sich als nicht optimal und erfordert durch seine Stromaufnahme einen erhöhten Aufwand für das Steuergerät, das die Umdrehungen der Achse des Antriebsmotors kontrolliert.
l Auch das vollständige Öffnen der Kupplung im Fehlerfall, wenn der
Antriebsmotor stromlos ist, ist dem Stand der Technik nicht vollständig gelöst. Damit ist die Abschleppfähigkeit eines Fahrzeuges, das eine
Akuationsvorrichtung wie im Stand der Technik aufweist, eingeschränkt.
Aus der DE 195 37 718 AI ist eine Aktuatorvorrichtung bekannt, welche zwei relativ zueinander verdrehbare Aktuatorringe aufweist, zwischen denen Kugeln laufen. Ein Stellmotor wirkt über einen nicht weiter beschriebenen Mechanismus auf beide Aktuatorringe - beide Ringe werden durch einen Motor verdreht.
Die DE 39 28 816 AI zeigt eine Aktuatorvorrichtung mit einem Verstellring und einem Druckring, wobei beide Ringe relativ zur Welle verdrehbar sind, ein Ring axial fest, der andere Ring axial verschiebbar ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Aktuationsvorrichtung für Reibungskupplung vorzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen: eine Aktuationsvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring und einem zweiten Aktuatorring die über Kugeln in den jeweiligen Kugelrillen so zusammenwirken, dass durch eine
Antriebbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine Axialbewegung der Aktuatorring relativ zueinander bewirkt wird. Der Antriebsmotor treibt dabei eine Vorrichtung an, die die Antriebskraft direkt über die Kugelrillen auf beide Aktuatorringe überträgt.
Vorteilhafterweise hat diese Art des Direktantriebs einen höheren
Wirkungsgrad als der im Stand der Technik bekannte Schraubradantrieb. Der Direktantrieb ermöglicht es, einen Antriebsmotor mit einer Auslegung, die eine geringere Stromaufnahme erforderlich macht und eine geringe Drehmomentkapazität zur Verfügung stellen muss, zu verwenden. Dadurch wird gleichzeitig der Aufwand der für das Steuergerät getrieben werden muss reduziert. Die gesamte energetische Bilanz wird durch den Einsatz eines Direktantriebs optimiert.
Der direkte Antrieb der Aktuatorringe ermöglicht es eine kraftgesteuerte statt einer weggesteuerten axialen Verschiebung vorzusehen. Das hat den großen Vorteil, dass beispielsweise bei einem Einsatz in einer
Reibungskupplung die Kraft auf eine Druckplatte einfach nachregelbar ist, und auch in einer Verschleißsituation der Reibungskupplung eine
Nachregelung problemlos ohne Steueraufwand möglich ist. Die Optimierung des Wirkungsgrades und die symmetrische
Kraftübertragung ermöglicht es, die Axialkraft auf beispielsweise ein
Kupplungspaket einer Reibungskupplung auf einfache Weise zu übertragen. Weiterhin hat das Prinzip des Direktantriebs den Vorteil, dass sich eine Reibungskupplung vollständig und selbsttätig öffnet, wenn die
Aktuationsvorrichtung stromlos ist. Damit kann ein mit der
erfindungsgemäßen Aktuationsvorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug ohne Probleme abgeschleppt werden.
Durch den Direktantrieb entfallen Schraubspindel und Zahnsegmente und eine komplizierte bauliche Abstützung des Antriebsmotors im Gehäuse, da der Antriebsmotor im Stand der Technik nicht zentrisch angebracht war und daher die auftretenden Axialkräfte abgeführt werden mussten.
Die vorgeschlagene Aktuationsvorrichtung ermöglicht es, die Produktion zu vereinfachen und daher höhere Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Bisher kam es bei der Montage immer wieder zu Problemen, durch die
Beschädigung von einzelnen Zähnen. Durch den direkten Eingriff des
Antriebsmotors zwischen den Aktuatorringen sind die Antriebsachse des Antriebsmotors sowie die Achse der Antriebswelle einer Kupplung senkrecht zueinander und gekreuzt angeordnet. Dadurch wird eine bauliche
Optimierung von Antriebsmotor in Relation zum Gehäuse einer
Reibungskupplung möglich. Vorteilhafterweise werden die Kugelrillen in konzentrischen Kreisen übereinander angeordnet und ermöglichen einen sehr großen und
gleichmäßigen Verstellweg. Durch die Anordnung der Kugeln in Kugelrillen, die in konzentrischen Kreisen übereinander angeordnet sind, wird
verhindert, dass die Kugeln sich gegenseitig behindern.
Vorteilhafterweise sind dabei die Kugelrillen so ausgestaltet, dass sie einen fast vollständigen Kreis ausbilden. Auch diese Maßnahme dient zur optimalen Einstellung des Verstellwegs.
Vorteilhafterweise ist die Antriebsvorrichtung als reibschlüssige Verbindung ausgestaltet, die es ermöglicht die Reibungskupplung kraftgesteuert statt weggesteuert zu betreiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit wird eine kraftschlüssige Verbindung der Antriebsvorrichtung mit den Aktuatorringen hergestellt. Vorteilhafterweise ist die Ausgestaltung der Aktuatorringe für den jeweiligen Einsatz optimiert, wobei die Lage der Kugeln frei wählbar ist. Es ist weiterhin von Vorteil, dass die Aktuatorringe selbst an die Anforderungen der jeweiligen Reibungskupplung angepasst werden, wobei sie entweder eben sind oder eine Steigung aufweisen können.
Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Reibungskupplung im Stand der Technik
Fig. 2 zeigt eine Explosionsansicht der erfindungsgemässen Antriebslösung Fig. 3 zeigt erfindungsgemäße Aktuatorringe Fig.4 zeigt erfindungsgemäße Kugelkäfige Fig.5 zeigt ein Schnittbild des Antriebs. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Aktuationsvorrichtung für eine Lamellenkupplung aus dem Stand der Technik gezeigt. Da die Bauteile auch in der erfindungsgemäßen Lösung verwendet werden, wird die
Ausführungsform als Beispiel ausführlich beschrieben. Die
Reibungskupplung besitzt innerhalb eines Gehäuses 1 1 eine
Kupplungsnabe 13, die drehfest mit einer Antriebswelle 15 verbunden ist. Über jeweilige Reiblamellen 17 kann die Kupplungsnabe 13 reibschlüssig mit einem Kupplungskorb 19 gekoppelt werden, der um die Zentralachse A der Kupplung bzw. der Antriebswelle 15 drehbar gelagert ist und über eine Stirnradverzahnung 21 mit einer (nicht dargestellten) Abtriebswelle gekoppelt ist. Der Reibschluss zur Übertragung eines Drehmoments zwischen Kupplungsnabe 13 und Kupplungskorb 19 wird mittels einer Druckplatte 23 bewirkt, die entgegen der Vorspannung einer
Tellerfederanordnung 25 axial verschiebbar ist und hierdurch die jeweiligen Reiblamellen 17 von Kupplungsnabe 13 und Kupplungskorb 19 aneinander presst.
Um die Druckplatte 23 wahlweise entgegen der Vorspannung verschieben und die Kupplung hierdurch betätigen zu können, sind ein Stützring 27 und ein Verstellring 29 vorgesehen, die koaxial zueinander sowie bezüglich der Zentralachse A angeordnet sind. Der Stützring 27 ist drehfest und axial fest gehalten und stellt einen ersten Aktuatorring dar. Zu diesem Zweck stützt sich der Stützring 27 mittels eines Radiallagers 31 und eines Axiallagers 33 an der Antriebswelle 15 bzw. einem Abschnitt 35 der Antriebswelle 15 ab, und der Stützring 27 wird durch formschlüssige Verbindung mit einem Sicherungsabschnitt des Gehäuses 1 1 (nicht dargestellt) drehfest gehalten. Der Verstellring , der zweite Aktuatorring 29 ist drehbar und axial verschiebbar gelagert, und er ist mittels eines Axiallagers 37 an der
Druckplatte 23 abgestützt. An den einander zugewandten Seiten besitzen der Stützring 27 und der Verstellring 29 jeweils mehrere Kugelrillen 39 bzw. 41. Diese verlaufen bezüglich der Zentralachse A entlang einer jeweiligen Umfangsrichtung. Jeweils eine Kugelrille 39 des Stützrings 27 und eine Kugelrille 41 des Verstellrings 29 stehen einander gegenüber und
umschließen hierdurch jeweils eine zugeordnete Kugel 43. Die Kugelrillen 39, 41 sind bezüglich der Normalebene der Zentralachse A geneigt, d.h. die Kugelrillen 39, 41 besitzen entlang des genannten umfänglichen Verlaufs eine variierende Tiefe. Hierdurch wird erreicht, dass eine Drehbewegung des Verstellrings 29 relativ zu dem drehfest gehaltenen Stützring 27 zu einer axialen Verschiebung des Verstellrings 29 führt, so dass durch eine derartige Drehbewegung des Verstellrings 29 die Druckplatte 23 axial versetzt und die Kupplung hierdurch betätigt werden kann. Die von der Tellerfederanordnung 25 bewirkte Vorspannung gewährleistet hierbei, dass in jeder Drehposition des Verstellrings 29 relativ zu dem Stützring 27 die jeweilige Kugel 43 in den zugeordneten Kugelrillen 39, 41 gefangen bleibt.
Um die erläuterte Drehbewegung des Verstellrings 29 herbeiführen zu können, ist dieser über ein Schraubradpaar mit einem elektrischen
Antriebsmotor gekoppelt. An dem Verstellring 29 ist radial außen entlang eines Winkelbereichs ein Kopplungsabschnitt 47 angeformt, der als ein Winkelsegment eines (zylindrischen) Schraubrads ausgebildet ist. Dieser Kopplungsabschnitt 47 bildet gemeinsam mit einer (ebenfalls zylindrischen) Schraubradwelle 49 des Antriebsmotors (oder einem hieran vorgesehenen Ritzel) eine Schraubradverzahnung 51.
Die Betätigung der gezeigten Reibungskupplung zur Übertragung des Drehmoments zwischen der Antriebswelle 15 und der Abtriebswelle geschieht demnach wie folgt: Durch Aktivieren des Antriebsmotors wird eine entsprechende Drehbewegung der Schraubradwelle 49 um die Achse B bewirkt. Aufgrund der Schraubradverzahnung 51 führt dies zu einer
Drehbewegung des Verstellrings 29 um die Zentralachse A. Das
Zusammenwirken der Kugelrillen 41 des Verstellrings 29 über die jeweilige Kugel 43 mit der zugeordneten Kugelrille 39 des Stützrings 27 bewirkt während der Drehbewegung des Verstellrings 29, dass der Verstellring 29 sich axial von dem Stützring 27 entfernt und die Druckplatte 23 entgegen der Vorspannung der Tellerfederanordnung 25 axial verschiebt. Hierdurch werden die jeweiligen Reiblamellen 17 von Kupplungsnabe 13 und
Kupplungskorb 19 aneinander gepresst, so dass ein zunehmendes
Drehmoment von der Kupplungsnabe 13 auf den Kupplungskorb 19 übertragen werden kann. Das Lösen des hierdurch bewirkten Reibungsschlusses geschieht in umgekehrter Reihenfolge, d.h. der Antriebsmotor veranlasst den Verstellring 29 zu einer Drehbewegung im umgekehrten Sinne, wobei die entsprechende Axialbewegung von
Verstellring 29 und Druckplatte 23 in Richtung des Stützrings 27 von der Tellerfederanordnung 25 unterstützt wird.
Die Aktuationsvorrichtung stützt sich mit den Axiallagern 33 und 37 gegen die Antriebswelle 15 ab und die auftretenden Axialkräfte werden über die Antriebswelle 15 und nicht vom Gehäuse 1 1 abgeführt. Die Anordnung erzeugt einen Spannkreis, der über die Antriebswelle geschlossen wird Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Lösung der Aktuationsvorrichtung mit den beiden Aktuatorringe und der Antriebsvorrichtung 22 sowie mit Teilen der Kupplung in einer Explosionsdarstellung.
Die Bauteile der Figur 2 erstrecken sich entlang der Antriebsachse 15, die nicht dargestellt ist. Auf der rechten Seite der Darstellung wäre die
Antriebsachse 15 mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Auf der linken Seite ist eine Reibungskupplung mit ihren Bauteilen angeschlossen.
Die Aktuationsvorrichtung stützt sich die im Stand der Technik zwischen zwei Axiallagern auf der Antriebswelle ab.
Ein Axiallager 37 stützt einen ersten Aktuatorring 27 ab. Daraufhin folgt ein Käfig 20, sowie eine zweite Aktuatorring 29, der wiederum von einem
Axiallager 37' gestützt wird. In Richtung der Lamellenkupplung ist die Andruckplatte 23 mit Kupplungskorb 19 und Kupplungsnabe 13
angeordnet. Ein Antriebsmotor 45 greift mit einer Antriebsvorrichtung 22 räumlich zwischen die beiden Aktuatorringe ein. Der Antriebsmotor 45 dreht dabei über eine Achse B eine Vorrichtung 22, die eine Aufnahme 30 aufweist, in der sich Schlitze 34 befinden. In die Aufnahme 30 wird ein hanteiförmiges Element 36 mit einem oberen Kugelkopf 38 eingeführt. Das hanteiförmige Element 36 endet auf der Seite der Aktuatorringe in einem unteren Kugelkopf 40. Dieser untere Kugelkopf 40 bildet zusammen mit den Kugeln 43 die Elemente zur Kraftübertragung zwischen den beiden
Aktuatorring aus. Im Schnittbild der Figur 5 ist der Zusammenbau noch einmal klar dargestellt.
Die Aktuationsvorichtung ist zwischen den Axiallager 37 und 37' verspannt. Dabei ist zu erkennen dass der Käfig 20 den ersten Aktuatorring 27 umgreift.
In Figur 4 wird der Käfig 20 im Detail gezeigt. Der Käfig 20 umgreift den ersten Aktuatorring 27 mit einem äußeren Rand 52. Er bildet eine
topfförmige Aufnahme, in deren Hohlraum der Aktuatorring 27
untergebracht ist. Der Käfig 20 weist Aufnahmen 53 auf, die zur Führung der Kugeln 43 bzw. des Kugelkopfes 40 vorgesehen sind. Die Aufnahmen 53 sind Durchbrüche, durch die die Kugeln 43 sowie der Kugelkopf 40 Kontakt mit dem ersten Aktuatorring 27 haben. Die Aufnahme 53, die den unteren Kugelkopf 40 der Antriebsvorrichtung 22 führt, zeigt eine zusätzliche schlitzförmige Vergrößerung 57. In der die Achse des hanteiförmige Elements 36 aufgenommen wird.
Über eine Verdrehsicherung 54 ist der Käfig 20 im Gehäuse 1 1 der
Reibungskupplung drehsicher gelagert. Die Verdrehsicherung ist nicht nur auf eine Nase 54 beschränkt sondern kann auch mit mehreren
Bauelementen realisiert sein. Es kann dabei von Vorteil sein, mehr als eine Verdrehsicherung einzubinden, um den Käfig 20 sicher im Gehäuse zu lagern.
Das bedeutet das der Käfig 20 zusammen mit den Kugeln 43 und dem
Kugelkopf 40 im einem Gehäuse , beispielsweise dem Gehäuse 1 1 der Reibungskupplung fest angebracht ist und die beiden Aktuatorring 27 und 29 sich gegenüber diesem Käfig und der durch ihn definierten Ebene drehend und axial bewegen können.
Auf der zur Kupplung hingerichteten Seite der Aktuationsvorrichtung ist der zweite Aktuatorring 29 angeordnet. Die Kugel 43 sowie der untere Kugelkopf 40 befindet sich dabei in Kontakt mit beiden Aktuatorringen 27 und 29. Die Kugeln werden dabei vom Käfig 20 geführt. Der untere Kugelkopf 40 greift in die äußersten Kugelrillen 39, 41 ein während die Kugel 43 in dieser
Darstellung in den mittleren Kugelrillen läuft.
In Figur 3 sind die Kugelrillen 39 bzw. 41 der beiden Aktuatorringe 27 und 29 dargestellt. Die Kugelrillen bilden dabei konzentrische Kreise um die Antriebswelle 15. Die Kreisbahnen der Kugelrillen des Aktuatorrings 29 sind bis auf kleine Reststücke 42 geschlossen. Die Unterbrechungen der
Kreisbahnen durch die Reststücke 42 sind dabei gegeneinander im
Kreisumfang versetzt angeordnet. Die Kugelrillen sind dabei überlappend angeordnet, um möglichst geringen Platz zu beanspruchen. Da die
vorgeschlagene Aktuationsvorrichtung große Verdrehwinkel der
Aktuatorringe erfordert, erstrecken sich die Kugelrillen über mindestens einen Winkelbereich von 270° pro Kugel.
Auf der rechten Seite der Figur 3 wird der Aktuatorring 27 dargestellt. Die konzentrisch angeordneten Kugelrillen 39 bilden dabei geschlossene Kreise. Der Aktuatorring 27 ist in diesem Ausführungsbeispiel ohne eine Steigung ausgestaltet und auch die Kugelrillen weisen keine Rampenwinkel auf. Der Aktuatorring 27 ist durch diese Ausgestaltung beliebig und auch um mehr als 360° verdrehbar ausgestaltet.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Kugelrillen zeigt unterschiedliche Rampenwinkel der unterschiedlichen Rillen. Dabei weist die Kugelrille des innersten Kreises einen Rampenwinkel von 0,555° auf während der
Rampenwinkel der nach außen nächsten Kugelbahn 0,473° beträgt und der äußerste Rampenwinkel mit 0,413° noch geringer ausgestaltet ist. Der Laufbahndurchmesser der unterschiedlichen Kugelrillen wird dabei über 70 mm auf 82 mm und 94 mm größer. Mit dieser beispielhaften Ausgestaltung ist bei einer Kugel-Durchmessergröße von 8 mm ein Aktuierungshub von 2,04 mm möglich.
Die Rampenwinkel der unterschiedlichen Rillen sowie die Länge der Bahnen hängt dabei stark von der Ausgestaltung der Aktuationsvorrichtung ab. Die einzustellenden Parameter müssen zudem der Tatsache Rechnung tragen, dass die Kugeln sowie ein lasttragender Antrieb durch den unterschiedlichen radialen Abstand der Kugeln vom Zentrum unterschiedlich stark belastet sind.
Der Antriebsmotor 45 leitet über die Vorrichtung 22 Kraft auf die beiden Aktuatorringe. Zu der Vorrichtung 22 gehört ein Gelenk 60, das für die Entkopplung zwischen Antriebsmotor 45 und Aktuationsvorrichtung vorgesehen ist. Das Gelenk 60 ermöglicht eine üppige biegeweiche
Verbindung zwischen den Bauteilen bei drehstarrer Kopplung der Achsen des Elektromotors mit dem hanteiförmigen Element 36. In einer alternativen Ausführungsform gehört zur Vorrichtung 22 auch noch ein vorgeschaltetes Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe.
Der Antriebsmotor 45 dreht über die Achse B das hanteiförmige Element 36 mit dem unteren Kugelkopf 40. Der Reibwert der Kugel in einer
geschmierten Aktuationsvorrichtung ist mit circa 0,01 gering, aber die geringen Rampenwinkel der Kugelrillen und die lange Verstellwege
kompensieren diese kritische Größe. Über den Reibungskontakt erzeugt die Drehbewegung des Kugelkopfes 40 eine Rotationsbewegung beider
Aktuatorringe 27 und 29 gegenläufig zueinander. Dadurch bewegen sich untere Kugelkopf 40 und die Kugeln entlang der jeweiligen Rampen der Kugelrillen und vergrößern den Abstand zwischen den Aktuatorringen.
Dadurch wird erreicht dass durch die Drehbewegungen der Aktuatorringe eine axiale Verschiebung des zweiten Aktuatorrings in Richtung der
Druckplatte 23 stattfindet. Dadurch wird die Kupplung betätigt.
Die vorgeschlagene Aktuationsvorrichtung hat den Vorteil, dass wenn der Antriebsmotor 45 stromlos ist, keine Blockade der Vorrichtung stattfindet. Sobald der Antriebsmotor keine Kraft mehr auf die Aktuatorringe aufbringt, bewegen sich die Aktuatorringe unter der Vorspannung des in Figur 1 gezeigten Tellerfederpakets 17 wieder in die Ausgangsposition zurück und die Kupplung ist geöffnet. Das hat den großen Vorteil, dass die Kupplung mit der erfindungsgemäßen Aktuationsvorrichtung nicht zerstört wird, wenn das Fahrzeug abgeschleppt wird.
Die Einstellung des Aktuationshubs erfolgt über kontinuierliche
Rotationsbewegung des Antriebsmotors, der solange dreht bis die erforderliche Axialkraft auf das Kupplungspaket eingestellt ist. Komplizierte Nachstellungslogiken, die der Tatsache Rechnung tragen, dass die Lamellen des Kupplungspaketes verschleißen und die Abstände sich dadurch ändern, sind überflüssig. Es reicht völlig aus, die Axialkraft zu messen und den Antriebsmotor mit dieser Einstellung anzusteuern. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Aktuationsvorrichtung könnten Motorpositionssensoren, die die einzelnen Umdrehungen der Motorachse aufnehmen überflüssig sein. Insgesamt lässt sich die Sensorik der Vorrichtung vereinfachen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Vorrichtung 22 und das antreibende Element eine Kugel in Form eines Kugelkopfes 40 gewählt. Die Kugel steht dabei nur reibschlüssig mit dem Aktuatorringen 27 und 29 in Verbindung.
Die Verwendung von einem Kugelkopf als ein Antriebs-Element ist nur ein Beispiel, es können auch kegelförmige Ausgestaltungen gewählt werden. Weiterhin ist es möglich das Antriebselement nur für das Einbringen der Antriebskraft auszugestalten und das Antriebselement nicht als Lager für die Aufnahme der Last zu verwenden. Die Elemente zur Aufnahme der Last können dabei ebenfalls kegelförmige Elemente sein. Es sind auch
Kombinationen von Kugel und Kegelförmige Elementen möglich. Sollte für einen Anwendungsfall ein reibschlüssiger Antrieb nicht
ausreichend sein, um die notwendige Antriebskraft aufzubringen, sind auch formschlüssige Antriebsmöglichkeiten denkbar. Dabei kommen kegelförmige Zahnräder mit an geformten Rollen zum Einsatz oder Kombinationen aus Antriebsrädern, reibschlüssigen Elementen und/oder lasttragenden Rollen. Die eigentliche Ausgestaltung der Vorrichtung 22 ist dabei dem Fachmann überlassen. Es kommt bei der Erfindung darauf an, die Antriebskraft direkt auf zwei Aktuatorringe zu übertragen und die Ringe gegensinnig zueinander zu verdrehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Kugeln bzw. des Kugelkopfes so gewählt dass sie auf dem Kreisumfang jeweils 120°
Abschnitte bilden. Je nach Anwendungsfall ist es aber auch möglich, die Position der Kugeln bzw. des Kugelkopfes oder des alternativen Antriebselements freier zu gestalten und eine ungleichmäßige Winkelaufteilung von 90° oder 120° oder 150° zu wählen. Es ist auch denkbar mehr als drei Kugeln bzw. zwei Kugeln und eine Antriebseinheit zu verwenden. Auch die Verwendung von mehr als einer Antriebseinheit ist denkbar. Eine solche Lösung wäre in der Lage die Antriebskräfte gleichmäßiger über die Aktuatorringe zu verteilen und käme auch mit kleiner ausgelegten Antriebsmotoren aus.
Die Ausgestaltung der Aktuatorringe 27 und 29 ist dabei in
Ausführungsbeispiel symmetrisch. Beide Aktuatorringe sind spiegelverkehrt zueinander angeordnet und baugleich ausgestaltet. Für unterschiedliche Anwendungszwecke ist es aber möglich, einen der Aktuatorringe eben zu gestalten und nur den zweiten Aktuatorring mit einer Steigung zu versehen. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich beide
Aktuatorringe mit unterschiedlichen Steigungen zu versehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Aktualisierungsvorrichtung mit einer Ölleiteinrichtung versehen, die die Schmierung der
angeschlossenen Kupplung vereinfacht. Dabei können am Käfig 20
Vorrichtungen angebracht werden, die den Zufluss von Schmiermittel zu Kupplung ermöglichen.
Die aufgezählten Maßnahmen und Varianten lassen sich alle untereinander kombinieren und ermöglichen ein hohes Maß an Anpassung an die geforderte Leistung der Aktuationsvorrichtung.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt sondern erstreckt sich auf alle Ausführungsformen, die ein Fachmann als gleichwirkend ansehen würde. Bezugszeichenliste
1 1 Gehäuse 37 Axiallager 13 Kupplungsnabe 38 Erster Kugelkopf 15 Antriebswelle 39 Kugelrille 17 Reiblamellen 40 Kugelkopf
19 Kupplungskorb 41 Kugelrille
20 Käfig 42 Abstand
21 Stirnradverzahnung 43 Kugel
22 Antriebsvorrichtung 45 Antriebsmotor
23 Druckplatte 47 Kopplungsabschnitt
25 Tellerfederanordnung 49 Schraubradwelle
27 Erster Aktuatorring, Stützring 51 Schraubradverzahnung
29 Zweiter Aktuatorring, 52 Rand
Verstellring
53 Aufnahmen
31 Radiallager
54 Verdrehsicherung
30 Aufnahme
57 Ausnehmung
33 Axiallager
60 Gelenk
34 Schlitze
A Zentralachse
35 Abschnitt der Antriebswelle
B Achse des Antriebsmotors
36 hanteiförmiges Element

Claims

Patentansprüche
1. Aktuatorvorrichtung mit einem ersten Aktuatorring (27) und einem zweiten Aktuatorring (29), die über Kugeln (43) in den jeweilige
Kugelrillen (39, 41) so zusammenwirken, dass durch eine
Drehbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander eine
Axialbewegung der Aktuatorringe relativ zueinander bewirkt wird, wobei ein Antriebsmotor (45) vorgesehen ist, um die Aktuatorringe zu einer Drehbewegung relativ zueinander anzutreiben, dadurch
gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (45) mindestens eine
Vorrichtung (22) antreibt, die die Antriebskraft direkt über die
Kugelrillen (39, 41) auf beide Aktuatorringe (27,29) überträgt.
2. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (22) zusätzlich zusammen mit den Kugeln (43) die Last zwischen den Aktuatorringen (27,29) trägt.
3. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrillen (39,41) für mindestens drei Kugeln (43) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
4. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrillen (39,41) für mindestens drei Kugeln (43) nahezu einen geschlossenen Kreis bilden.
5. Aktuatorvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelrillen (39,41) unterschiedliche zur Achse A hin größer werdende Rampenwinkel aufweisen.
6. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (22) eine reib- oder
kraftschlüssige Verbindung mit den Aktuatorringen (27, 29) herstellt.
7. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Kugeln (43) auf dem Umkreis der Aktuatorringe frei wählbar ist.
8. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorringe (27, 29) eben sind oder eine Steigung aufweisen.
9. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssachse B des Antriebsmotors senkrecht zur Achse A der Antriebswelle angreift und ich die Achsen kreuzen.
10. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuationsvorrichtung für eine
Reibungskupplung einsetzbar ist.
1 1. Aktuatorvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (45) mindestens eine Vorrichtung (22) in Form eines Kugelkopfes (40) antreibt, welcher die Antriebskraft direkt räumlich zwischen die beiden Aktuatorringe (27, 29) auf die Kugelrillen (39, 41) auf beide Aktuatorringe (27, 29) überträgt, wobei der Kugelkopf (40) zusammen mit den Kugeln (43) die Elemente zur Kraftübertragung zwischen den beiden Aktuatorringen (27, 29) bildet.
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