WO2014044478A1 - Axialkrafterzeugungseinrichtung - Google Patents

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WO2014044478A1
WO2014044478A1 PCT/EP2013/067284 EP2013067284W WO2014044478A1 WO 2014044478 A1 WO2014044478 A1 WO 2014044478A1 EP 2013067284 W EP2013067284 W EP 2013067284W WO 2014044478 A1 WO2014044478 A1 WO 2014044478A1
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WO
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axialkrafterzeugungseinrichtung
rotatably arranged
axial force
actuating
generating device
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/067284
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias HERTTER
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2014044478A1 publication Critical patent/WO2014044478A1/de

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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
    • 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
    • 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
    • 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 present invention relates to an axial force generating device according to the features of claim 1.
  • load shift elements or friction clutches for example multi-plate clutches
  • friction brakes for example multi-disc brakes
  • a multi-plate clutch or a multi-disc brake arranged on an outer plate carrier outer plates are provided, intervene between arranged on an inner disc carrier inner plates. To close the multi-plate clutch or disk brake, the disk set is compressed in an axial direction.
  • the object of the invention is to provide a for actuating a torque transmission device, in particular a multi-plate clutch or a multi-disc brake, suitable Axialkrafter Wegungs adopted, which is compact.
  • the starting point of the invention is an axial force generating device which has a first rotatably arranged element and thus an axial direction having cooperating, second rotatably arranged element.
  • the two rotatably arranged elements are supported on each other in the axial direction.
  • a ramp arrangement or a ball / ramp arrangement is characterized in that, in a relative rotation of the two rotatably arranged elements, one rotatably arranged element is displaced in the axial direction with respect to the other rotatably arranged element. In a "first relative rotation direction", the two rotatably arranged elements are pressed apart in a "wedge-like" manner, whereby a closing force can be exerted on the torque transmission device. By a relative rotation in the reverse direction of relative rotation, the two rotatably arranged elements in the axial direction can be moved towards each other again, which allows opening of the torque transmission device.
  • an adjusting device or a rotatably arranged adjusting element is provided for relative rotation of the two rotatably arranged elements.
  • the adjusting device or the adjusting element is rotationally coupled via a first gear means to the first rotatably arranged element and via a second gear means to the second rotatably arranged element.
  • the two translation devices can each be formed by a gear transmission or in each case by one or more gear stages.
  • the first and / or the second rotatably arranged element can each be designed as a drive wheel or in each case as a ramp disk.
  • One of the two drive wheels can be supported in the actuating or axial direction via an axial bearing on a contact pressure element, which rotates with an element of the torque transmission device.
  • a contact pressure element which rotates with an element of the torque transmission device.
  • the pressing element permanently rotates with the inner disk carrier or with the outer disk carrier.
  • the Anpressefement can form-fitting, z. B. via a toothing, be rotationally coupled to the inner disk carrier or the outer disk carrier.
  • the inner disk carrier or the outer disk carrier may be rotatably connected to a shaft.
  • the first and / or the second rotatably arranged element of the axial force generating device can be mounted on the shaft via a radial bearing.
  • a radial bearing z. B. a needle bearing into consideration.
  • the second rotatably arranged element can be mounted on the shaft via a rolling bearing supporting axial forces, in particular via an angular contact ball bearing.
  • An inner ring of the rolling bearing can be fixed on the shaft at least in one direction by means of a support device.
  • the support device supports reaction forces of the axial force generating device.
  • a servomotor For actuating the adjusting device or the adjusting element may be provided a servomotor.
  • the servomotor may be, for example, an electric motor. It can be provided that a pinion of the electric is directly coupled to the actuator directly or via an intermediate gear with the actuator. Seibstver Perich the electric motor via a plurality of intermediate wheels or - very generally via an intermediate gear - be rotationally coupled to the actuator or the actuator.
  • the at least one intermediate wheel meshes with the first and with the second rotatably arranged element (i.e., with the first and with the second drive wheel).
  • a device for detecting or determining the position of the contact pressure element and / or for detecting or for determining the pressure exerted by the contact pressure element on the torque transmission device.
  • the position of the contact pressure element can be determined, for example, by means of a Hall sensor integrated in the positioning motor or via inductive sensors on the toothings of the positioning device or via displacement transducers.
  • a control device may be provided which regulates the position and / or the pressure according to a predetermined desired position or according to a predetermined desired pressure.
  • the axial force generating device may be designed to be self-locking or not self-locking.
  • a self-locking axial force generating device is characterized in that in a discontinuation of the adjusting device or the actuating element actuating force or an actuating torque, the torque transmitting device automatically maintains its current operating state (closed, slipping, open).
  • a non-self-locking axial force generating device is characterized in that, in the event of an omission of the actuating force or of the actuating torque, the torque transmission device is under the influence of an external force or an external force.
  • Figure 1 is an exploded view of two over a ball / ramp assembly against each other supported ramp discs
  • Figure 2 views the basic principle of the drive of the two ramp discs by a common control shaft in the axial direction;
  • FIG. 3 is a perspective view of an axial force generating device according to the invention.
  • Figure 4 is a perspective view of a multi-plate clutch, which is actu bar by a Axialkrafter Wegungs worn according to Figure 3.
  • Figure 1 shows an exploded view of two ramp discs 1, 2 each having an outer toothing 3, 4 and which are supported by a ball / ramp assembly 5 in an axial direction 6 against each other.
  • the principle of a ball / ramp mechanism is well known. Functionally, a relative rotation of the two ramp discs 1, 2 causes a Relattvverschiebung same in the axial direction 6 which can be used to apply a not shown here torque transmission device (eg a multi-plate clutch) with an axial force F ax or relieve.
  • the ball / ramp mechanism has a plurality of circumferentially distributed balls, each on an associated, over a Unwind the circumferential section, ramp in the circumferential direction or descend. In such an arrangement, principle arise under the action of an external axial force F ax on the two ramp discs 1, 2, oppositely directed restoring moments T same amount.
  • the two ramp discs 1, 2 are coupled together for mutual torque assistance via a control shaft 8 (see FIG. 2), so that a "plus transmission" is produced 10, only a single toothing can be provided
  • the toothing 9 of the control gear 8 meshes with the toothing 4 of the first ramp disc 1
  • the toothing 10 of the control shaft 8 meshes with the toothing 3 of the second ramp disc 2 2
  • the two toothings 9, 10 and thus also those of the two toothings 3, 4 have different numbers of teeth, which means that the two gear stages 4, 9 and 3, 10 have different ratios.
  • the two gears 9, 10 of the control shaft 8 act as drive wheels of the ramp discs 1, 2. If the control shaft 8 z. B. rotated directly via an electric motor or indirectly via a further gear stage, so run both ramp discs 1, 2 in the same direction. Due to the different ratios of the gear stages 4, 9 and 3, 10, however, results in a relative rotation of the two ramp discs 1, 2 which, depending on the direction of the relative rotation to a spread apart of the two ramp discs 1, 2 by the ball / ramp assembly 5 leads or under the action of an external axial force to a relative displacement towards each other.
  • Different translations of the gear stages 3, 10 and 4, 9 can, as already mentioned above, on the one hand be achieved by different numbers of teeth of the teeth 9, 10 of the control shaft 8.
  • FIG. 3 shows an axial force generating device according to FIG. 1 in a perspective view.
  • the two ramp discs 1, 2 based on a ball / ramp assembly 5 in the axial direction against each other.
  • the two gears 3, 4 of the ramp discs 1, 2 mesh here with an intermediate 11, which in turn of a drive pinion! 12 of an electric servomotor 13 is driven.
  • the servomotor 13 has an engine brake 14, by means of which the servomotor can also be held under a force acting on the Axialkrafter Wegungsein force in its current rotational position.
  • a sensor 15 is provided, by means of which the instantaneous rotational position of the servomotor 13 can be monitored or controlled or regulated.
  • a thrust bearing 17 formed here by an angular contact ball bearing is provided, via which an axial force F ax from the ramp disc 1 onto a pressure element 18 and from there onto a pressure plate 19 of a multi-disc clutch 20 can be transferred.
  • the pressure plate 19 and the pressure element 18 are rotatably connected to a tnnenlamellen phenomenon 21 of the multi-disc clutch 20.
  • the inner disk carrier 21 in turn is connected via a serrated profile 22 rotatably connected to a while 23.
  • the multi-disc clutch 20 has on the inner disc carrier 21 arranged inner friction elements, which are formed here as a steel plates, and arranged on an outer plate carrier 24 outer plates, which are formed here as lining laminations.
  • inner friction elements which are formed here as a steel plates
  • outer plate carrier 24 outer plates, which are formed here as lining laminations.
  • the thrust bearing 17 takes in the closed multi-plate clutch, the axial force F ax and directs them into the ramp disc 1.
  • the ramp disc 1 in turn is based on the Kugei- / ramp assembly 5 on the ramp disc 2 from.
  • the ramp disc 1 is mounted here by means of a needle bearing 25 on the shaft 23.
  • the ramp disk 2 is supported on the shaft 23 via a further bearing transmitting axial force, which is formed here by an angular contact ball bearing 26, and via a securing ring 27 which bears against the inner ring of the angular contact ball bearing 26.
  • the actuating force of the multi-plate clutch or its actuators thus has a closed power flow in the transmission shaft, which has the advantage that no axial forces must be supported to the outside.
  • a spring element 27 which transmits axial forces from the pressure plate 19 to the disk set. Generates the Axialkrafterzeugungs founded a closing force, so this causes depending on the total spring rate of the spring element 27, the Axialkraft- generating device of Figure 3 and the multi-plate clutch 20, an increase in the axial force in the multi-plate clutch and thus at relatively rotating blades a corresponding increase in the friction torque of the multi-plate clutch. If the total spring rate of the components lying in the force flow of the actuating force is known, it is possible to determine the applied axial force F ax by determining the position of the pressure element 18 or the pressure plate 19.
  • the axial position of the pressure element 18 or the pressure plate 19 can be very high In this way, an exact positioning of the clutch actuator and thus an accurate adjustment of the Axialkraft varietiess or the closing force of the multi-disc clutch 20.
  • sensors necessary for the control of the electric motor 13 eg Hall sensors, encoders, resolvers or sensors acting on the teeth, such as inductive sensors or displacement sensors
  • the axial position of the pressure element 18 or the pressure plate 19 can be very high In this way, an exact positioning of the clutch actuator and thus an accurate adjustment of the Axialkraft varietiess or the closing force of the multi-disc clutch 20.
  • the operating force of the multi-plate clutch can be controlled as needed (torque tracking)
  • overlapping circuits of two multi-plate clutches can be displayed.
  • a mechanical engine brake 14 can be provided for locking the electromechanical actuator system, whereby the power consumption can be minimized or reduced to zero when the multi-plate clutch is closed.
  • the restoring moment from the axial force generating device is supported by the intermediate gear 11 and the drive pinion 12.
  • the Axialkrafter Wegungs can be carried out by a suitable design of the teeth taking into account the friction such that a self-locking occurs or that no self-locking occurs.
  • the axial force generating device automatically returns to a basic position which opens the multi-plate clutch 20 under the action of an external load.
  • the actuator can hold an external axial force without energizing the electric motor 13.
  • the electric motor For ventilating or opening the multi-plate clutch, the electric motor must therefore always be actively energized.
  • the rear sub-device 28 shown in Figure 4 holds the ball / ramp assembly together and generates a restoring force when no axial force from the Lameilenb works more.
  • the restoring device 28 brings the ball / ramp assembly (not self-locking) in a basic position when the axial force is reduced from the Lameilenb, so that there is a clearance in the multi-plate clutch or multi-disc brake. Due to the complete opening or venting of the multi-plate clutch or multiple-disk brake, a reduction in the drag torque can be achieved with friction elements rotating relative to each other after the axial force has been reduced in the disk set.
  • the adjustment mechanism of the electromechanical actuator Due to the structural design of the adjustment mechanism of the electromechanical actuator as a plus gear can be realized by a gear stage translations for which in previous concepts several spur gears are required. If the installation space situation permits, the adjusting mechanism can also be actuated directly by a low-torque, high-speed electric motor without the intermediate wheel 11 shown in FIGS. 3, 4. The actuating forces of the multi-plate clutch 20 and the actuator do not affect the other transmission elements, but are based in a closed power flow on the transmission shaft 23 from.
  • the actuator system can assume a basic position with a defined clearance (gap between the lamella packet and the contact pressure element). For this purpose, it is necessary that the axial force generating device is brought into the corresponding basic position even after the reduction of the axial actuating force in the disk set by an external force.

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Abstract

Axialkrafterzeugungseinrichtung, insbesondere zum Betätigen einer Drehmomentübertragungseinrichtung (20), mit einem ersten drehbar angeordneten Element (1), das über eine Rampenanordnung, insbesondere über Kugel- /Rampenanordnung (5), an einem zweiten drehbar angeordneten Element (2) in einer Betätigungs- oder Axialrichtung der Drehmomentübertragungseinrichtung abgestützt ist. Ferner ist ein drehbar angeordnetes Stellelement (8) vorgesehen, das über eine erste Übersetzungseinrichtung (3, 10) mit dem ersten Element (1) und über eine zweite Übersetzungseinrichtung (4, 9) mit dem zweiten Element (2) gekoppelt ist. Die Übersetzungseinrichtungen weisen unterschiedliche Übersetzungen auf, so dass eine Drehung des Stellelements eine Relativdrehung der beiden Elemente und somit eine Relativverschiebung der beiden Elemente in Betätigungs- oder Axialrichtung bewirkt.

Description

Axialkrafterzeugungseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkrafterzeugungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
In manchen Getrieben, insbesondere in manchen Fahrzeuggetrieben, kommen Lastschaltelemente bzw. Reibkupplungen (z.B. Lamellenkupplungen) bzw. Reibbremsen (z.B. Lamellenbremsen) zum Einsatz. Bei einer Lamellenkupplung bzw. einer Lamellenbremse sind an einem Außenlamellenträger angeordnete Außenlamellen vorgesehen, zwischen die an einem Innenlamellenträger angeordnete Innenlamellen eingreifen. Zum Schließen der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse wird das Lamellenpaket in einer Axialrichtung zusammengepresst.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine zum Betätigen einer Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einer Lamellenkupplung oder einer Lamellenbremse, geeignete Axialkrafterzeugungseinrichtung zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Axialkrafterzeugungseinrichtung, welche ein erstes drehbar angeordnetes Element und ein damit in Axialrichtung zusammenwirkendes, zweites drehbar angeordnetes Element aufweist. Die beiden drehbar angeordneten Elemente stützen sich in Axialrichtung aufeinander ab.
Zwischen den beiden drehbar angeordneten Elementen ist eine Rampenanordnung, z.B. eine Kugei-/Rampenanordnung, vorgesehen. Derartige Rampenanordnungen sind hinlänglich bekannt. Eine Rampenanordnung bzw. eine Kugei-/Rampenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Relativverdrehung der beiden drehbar angeordneten Elemente das eine drehbar angeordnete Element in Axialrichtung in Bezug auf das andere drehbar angeordnete Element verschoben wird. In einer„ersten Relativdreh- richtung" werden die beiden drehbar angeordneten Elemente „keilartig" auseinandergedrückt, wodurch eine Schließkraft auf die Drehmomentübertragungseinrichtung ausgeübt werden kann. Durch eine Relativverdrehung in umgekehrter Relativdrehrichtung können die beiden drehbar angeordneten Elemente in Axialrichtung wieder aufeinander zu verfahren werden, was ein Öffnen der Drehmomentübertragungseinrichtung ermöglicht.
Zum relativen Verdrehen der beiden drehbar angeordneten Elemente ist eine Stelleinrichtung bzw. ein drehbar angeordnetes Stellelement vorgesehen. Die Stelleinrichtung bzw. das Stellelement ist über eine erste Übersetzungseinrichtung mit dem ersten drehbar angeordneten Element und über eine zweite Übersetzungseinrichtung mit dem zweiten drehbar angeordneten Element drehgekoppelt. Um eine Relativverdrehung der beiden drehbar angeordneten Elemente bei einer Betätigung der Stelleinrichtung bzw. des Stellelements zu erreichen, ist es wichtig, dass sich die beiden Übersetzungen unterscheiden. Durch die sich daraus ergebende Relativverdrehung der beiden drehbar angeordneten Elemente ergibt sich aufgrund der Rampenanordnung eine Relativverschiebung der beiden drehbar angeordneten Elemente in Axialrichtung. Die beiden Übersetzungseinrichtungen können jeweils durch ein Zahnradgetriebe bzw. jeweils durch eine oder mehrere Zahnradstufen gebildet sein.
Das erste und/oder das zweite drehbar angeordnete Element kann jeweils als Antriebsrad bzw. jeweils als Rampenscheibe ausgebildet sein.
Eines der beiden Antriebsräder kann in Betätigungs- oder Axialrichtung über ein Axiailager an einem Anpresselement abgestützt sein, welches sich mit einem Element der Drehmomentübertragungseinhchtung mitdreht. Im Falle einer Lamellenkupplung bzw. einer Lamellenbremse, welche einen Innenlamellenträger und einen Außenlamellenträger aufweist, kann vorgesehen sein, dass sich das Anpresselement permanent mit dem Innenlamellenträger oder mit dem Außenlamelienträger mitdreht. Das Anpressefement kann form- schlüssig, z. B. über eine Verzahnung, mit dem Innenlamellenträger oder dem Außenlamelienträger drehgekoppelt sein.
Der Innenlamellenträger oder der Außenlamellenträger kann drehfest mit einer Welle verbunden sein. Das erste und/oder das zweite drehbar angeordnete Element der Axialkrafterzeugungseinrichtung kann über ein Radiallager auf der Welle gelagert sein. Als Radiallager kommt z. B. ein Nadellager in Betracht.
Das zweite drehbar angeordnete Element kann über ein Axialkräfte abstützendes Wälzlager, insbesondere über ein Schrägkugellager, auf der Welle gelagert sein. Ein Innenring des Wälzlagers kann zumindest in einer Richtung mittels einer Abstützeinrichtung auf der Welle fixiert sein. Die Abstützeinrichtung stützt Reaktionskräfte der Axialkrafterzeugungs-ein- richtung ab.
Zum Betätigen der Stelleinrichtung bzw. des Stellelements kann ein Stellmotor vorgesehen sein. Bei dem Stellmotor kann es sich z.B. um einen Elektromotor handeln. Es kann vorgesehen sein, dass ein Ritzel des Elektro- motors direkt oder über ein Zwischenrad mit dem Stellelement drehgekoppelt ist. Seibstverständiich kann der Elektromotor auch über mehrere Zwischenräder bzw. - ganz allgemein über ein Zwischengetriebe - mit der Stelleinrichtung bzw. dem Stellelement drehgekoppelt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Zwischenrad mit dem ersten und mit dem zweiten drehbar angeordneten Element (d.h. mit dem ersten und mit dem zweiten Antriebsrad) kämmt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erfassung bzw. Ermittlung der Stellung des Anpresselements und/oder zur Erfassung bzw. zur Ermittlung des von dem Anpresselement auf die Drehmomentübertragungseinrichtung ausgeübten Drucks vorgesehen. Die Stellung des Anpresselements kann beispielsweise mittels eines in den Stellmotor integrierten Hallsensors ermittelt werden oder über induktivsensoren an den Verzahnungen der Stelleinrichtung bzw. über Wegaufnehmer.
Insbesondere kann eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, welche die Stellung und/oder den Druck entsprechend einer vorgegebenen Soll-Stellung bzw. entsprechend eines vorgegebenen Soll-Drucks regelt.
Je nach Anwendungsfall kann die Axialkrafterzeugungseinrichtung selbsthemmend oder nicht selbsthemmend ausgebildet sein. Eine selbsthemmende Axialkrafterzeugungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Fortfall einer die Stelleinrichtung bzw. das Stellelement betätigenden Stellkraft bzw. eines Stellmoments die Drehmomentübertragungseinrichtung selbsttätig ihren momentanen Betriebszustand (geschlossen, rutschend, geöffnet) beibehält. Eine nicht selbsthemmende Axialkrafterzeugungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Fortfall der Stellkraft bzw. des Stellmoments die Drehmomentübertragungseinrichtung unter Einwirkung einer äußeren Kraft bzw. eines äußeren Mo- ments („Last") selbsttätig in einen drehmomentfreien bzw. geöffneten Zustand übergeht. im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung zweier über eine Kugel- /Rampenanordnung gegeneinander abgestützter Rampenscheiben;
Figur 2 das Grundprinzip des Antriebs der beiden Rampenscheiben durch eine gemeinsame Steuerwelle in Axialrichtung betrachtet;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer Axialkrafterzeugungsein- richtung gemäß der Erfindung; und
Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer Lamellenkupplung, welche durch eine Axialkrafterzeugungseinrichtung entsprechend Figur 3 betätig bar ist.
Figur 1 zeigt in Explosionsdarstellung zwei Rampenscheiben 1 , 2 die jeweils eine Außenverzahnung 3, 4 aufweisen und die sich über eine Kugel- /Rampenanordnung 5 in einer Axialrichtung 6 gegeneinander abstützen. Das Prinzip eines Kugel-/Rampenmechanismus ist hinlänglich bekannt. Funktional betrachtet bewirkt eine Relativverdrehung der beiden Rampenscheiben 1 , 2 eine Relattvverschiebung derselben in Axialrichtung 6 was dazu genutzt werden kann, eine hier nicht näher dargestellte Drehmomentübertragungseinrichtung (z.B. eine Lamellenkupplung) mit einer Axialkraft Fax zu beaufschlagen bzw. zu entlasten. Der Kugel- /Rampenmechanismus weist mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Kugeln auf, die jeweils auf einer zugeordneten, sich über einen Umfangsabschnitt erstreckenden, in Umfangsrichtung ansteigenden bzw. abfallenden Rampenbahn abrollen. Bei einer derartigen Anordnung ergeben sich prinzipbedingt unter Einwirkung einer äußeren Axialkraft Fax auf die beiden Rampenscheiben 1 , 2, einander entgegengerichtete Rückstellmomente T gleichen Betrags.
Die beiden Rampenscheiben 1 , 2 werden zur gegenseitigen Drehmomentab- stützung über eine Steuerweile 8 (vgl. Figur 2) miteinander gekoppelt, so dass ein„Plusgetriebe" entsteht. Hierzu sind auf der Steuerwelle 8 zwei Verzahnungen 9, 10 vorgesehen. Anstelle zweier Verzahnungen 9, 10, kann auch lediglich eine einzige Verzahnung vorgesehen sein. Bei der in Figur 2 gezeigten Prinzipdarstellung kämmt die Verzahnung 9 der Steuerweile 8 mit der Verzahnung 4 der ersten Rampenscheibe 1 und die Verzahnung 10 der Steuerwelle 8 kämmt mit der Verzahnung 3 der zweiten Rampenscheibe 2. Bei der in Figur 2 gezeigten Prinzipdarsteilung weisen die beiden Verzahnungen 9, 10 und somit auch die der beiden Verzahnungen 3, 4 unterschiedliche Zähnezahlen auf. Dadurch weisen die beiden„Zahnradstufen" 4, 9 bzw. 3, 10 unterschiedliche Übersetzungen auf.
Die beiden Verzahnungen 9, 10 der Steuerwelle 8 fungieren als Antriebsräder der Rampenscheiben 1 , 2. Wird die Steuerwelle 8 z. B. direkt über einen Elektromotor oder indirekt über eine weitere Verzahnungsstufe gedreht, so laufen beide Rampenscheiben 1 , 2 gleichsinnig um. Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungen der Zahnradstufen 4, 9 bzw. 3, 10 ergibt sich jedoch eine Relativverdrehung der beiden Rampenscheiben 1 , 2 was, je nach Richtung der Relativverdrehung zu einer Auseinanderspreizung der beiden Rampenscheiben 1 , 2 durch die Kugel-/Rampenanordnung 5 führt oder unter Einwirkung einer äußeren Axialkraft zu einer Relativverschiebung aufeinander zu.
Bei einer gleichsinnigen Drehung der Rampenscheiben und hohen Einzelübersetzungen der Zahnradstufen 3, 10 bzw. 4, 9 und einem geringen Übersetzungsunterschied der beiden Zahnradstufen 3, 10, 4, 9 ergibt sich eine hohe Gesamtübersetzung des Verstellmechanismus in Bezug auf die Antriebsdrehzahl der Steuerwelle 8 und somit eine Differenzdrehzahl an der Rampenscheiben 1 , 2. Dies wiederum bedeutet, dass für eine entsprechende am Verstellmechanismus wirkende Axialkraft nur geringe Drehmomente an der antreibenden Steuerweile 8 erforderlich sind.
Unterschiedliche Übersetzungen der Zahnradstufen 3, 10 bzw. 4, 9 können, wie oben bereits erwähnt, zum einen durch unterschiedliche Zähnezahlen der Verzahnungen 9, 10 der Steuerwelle 8 erreicht werden. Alternativ dazu besteht, wie bereits erwähnt, die Möglichkeit, nur eine einzige, durchgehende Verzahnung auf der Steuerweile 8 vorzusehen und unterschiedliche Übersetzungen durch geeignete Profilverschiebungen der Verzahnungen 3, 4 der Rampenscheiben 1 , 2 zu realisieren.
Figur 3 zeigt eine Axialkrafterzeugungseinrichtung entsprechend Figur 1 in perspektivischer Darstellung. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, stützen sich die beiden Rampenscheiben 1 , 2 über eine Kugel- /Rampenanordnung 5 in Axialrichtung gegeneinander ab. Im Unterschied zu der Prinzipdarstellung der Figur 2 kämmen die beiden Verzahnungen 3, 4 der Rampenscheiben 1 , 2 hier mit einem Zwischenrad 11 , welches wiederum von einem Antriebsritze! 12 eines elektrischen Stellmotors 13 angetrieben wird. Der Stellmotor 13 weist eine Motorbremse 14 auf, mittels der der Stellmotor auch unter einer auf die Axialkrafterzeugungsein richtung wirkenden Kraft in seiner momentanen Drehstellung festgehalten werden kann. Ferner ist eine Sensorik 15 vorgesehen, mittels der die momentane Drehstellung des Stellmotors 13 überwacht bzw. gesteuert oder geregelt werden kann.
Auf einem axial abstehenden Bund 16 (vgl. Figur 1) der Rampenscheibe 1 ist ein hier durch ein Schrägkugellager gebildetes Drucklager 17 vorgesehen, über das eine Axialkraft Fax von der Rampenscheibe 1 auf ein Druckelement 18 und von diesem auf eine Anpressplatte 19 einer Lamellenkupplung 20 übertragen werden kann. Die Anpressplatte 19 und das Druckelement 18 sind drehfest mit einem tnnenlamellenträger 21 der Lamellenkupplung 20 verbunden. Der Innenlamellenträger 21 wiederum ist über ein Kerbzahn profil 22 drehfest mit einer Weile 23 verbunden.
Die Lamellenkupplung 20 weist auf dem Innenlamellenträger 21 angeordnete innere Reibelemente auf, die hier ais Stahllamellen ausgebildet sind, und auf einem Außenlamellenträger 24 angeordnete Außenlamellen auf, die hier als Belaglamelien ausgebildet sind. Bei Hersteilung eines Reibschlusses in dem durch die Innenlamellen und durch die Außenlamellen gebildeten Lamellenpaket über eine Axialkraft Fax (vgl, Figur 1 ) werden die dem Innen- bzw. Außenlamellenträger 21 bzw. 24 zugeordneten reduzierten Schwungmassen synchronisiert. Die hierfür erforderliche Axialkraft Fax wird, wie bereits erwähnt, von der in Figur 3 gezeigten Axialkrafterzeugungsein richtung erzeugt und auf die Anpressplatte 19 aufgebracht Das Drucklager 17 ermöglicht dabei eine Relativdrehung zwischen dem Druckeiement 18, welches sich mit der Welle 23 mitdreht, und der Rampenscheibe 1. Das Drucklager 17 nimmt bei geschlossener Lamellenkupplung die Axialkraft Fax auf und leitet diese in die Rampenscheibe 1. Die Rampenscheibe 1 wiederum stützt sich über die Kugei-/Rampenanordnung 5 an der Rampenscheibe 2 ab. Die Rampenscheibe 1 ist hier mittels eines Nadellagers 25 auf der Welle 23 gelagert.
Die Rampenscheibe 2 stützt sich über ein weiteres, Axialkraft übertragendes Lager, das hier durch ein Schrägkugellager 26 gebildet ist, und über einen Sicherungsring 27, der am Innenring des Schrägkugellagers 26 anliegt, an der Welle 23 ab. Die Betätigungskraft der Lamellenkupplung bzw. deren Ak- tuatorik hat somit einen geschlossenen Kraftfluss in der Getriebewelle, was den Vorteil hat, dass nach außen keine Axialkräfte abgestützt werden müssen.
Vollständigkeitshalber sei noch ein Federelement 27 erwähnt, welches Axial- kräfte von der Anpressplatte 19 auf das Lamellenpaket überträgt. Erzeugt die Axialkrafterzeugungseinrichtung eine Schließkraft, so bewirkt diese in Abhängigkeit von der Gesamtfederrate des Federelements 27, der Axialkraft- erzeugungseinrichtung nach Figur 3 sowie der Lamellenkupplung 20 einen Anstieg der Axialkraft in der Lamellenkupplung und somit bei sich relativ zueinander drehenden Lamellen einen entsprechenden Anstieg des Reibmoments der Lamellenkupplung. Ist die Gesamtfederrate der im Kraftfluss der Betätigungskraft liegenden Bauteile bekannt, so kann über eine Positionsbestimmung des Druckelements 18 bzw. der Anpressplatte 19 auf die anliegende Axialkraft Fax geschlossen werden. Durch Auswertung entsprechend für die Steuerung des Elektromotors 13 notwendiger Sensoren (z. B. Hall-Sensoren, Encoder, Resolver oder an den Verzahnungen„angreifender" Sensoren, wie Induktivsensoren oder Wegsensoren) kann die axiale Position des Druckelements 18 bzw. der Anpressplatte 19 sehr genau ermittelt werden. Auf diese Weise ist eine genaue Positionierung der Kupplungsaktuatorik und somit ein genaues Einstellen des Axialkraftniveaus bzw. der Schließkraft der Lamellenkupplung 20 möglich. Bei Kenntnis des von der Lamellenkupplung zu übertragenden Moments kann somit die Betätigungskraft der Lamellenkupplung bedarfsgerecht geregelt werden (Momentnachführung). Ebenso sind bei einer Anwendung in einem Getriebe mit mehreren derartigen Kupplungen Überschneidungsschaltungen zweier Lamellenkupplungen darstellbar.
Zur Arretierung der elektromechanischen Aktuatorik kann, wie bereits erwähnt, eine mechanische Motorbremse 14 vorgesehen sein, wodurch sich die Leistungsaufnahme bei geschlossener Lamellenkupplung minimieren bzw. auf Null reduzieren lässt. Das Rückstellmoment aus der Axialkrafter- zeugungseinrichtung wird dabei über das Zwischenrad 11 und das Antriebs- ritzel 12 abgestützt.
Die Axialkrafterzeugungseinrichtung kann durch eine geeignete Auslegung der Verzahnungen unter Berücksichtigung der Reibung derart ausgeführt werden, dass eine Selbsthemmung auftritt oder dass keine Selbsthemmung auftritt. Bei einer nicht selbsthemmenden Anordnung geht die Axialkrafter- zeugungseinrichtung unter Einwirkung einer äußeren Last selbsttätig in eine die Lamellenkupplung 20 öffnende Grundstellung zurück. Bei einer selbsthemmenden Axialkrafterzeugungseinrichtung wird eine derartige selbsttätige Öffnungsbewegung konzeptbedingt unterbunden, d. h. der„Aktor" kann ohne Bestromung des Elektromotors 13 eine äußere Axialkraft halten. Zum Lüften bzw. Öffnen der Lamellenkupplung muss der Elektromotor somit stets aktiv bestromt werden.
Die in Figur 4 gezeigte Anordnung eignet sich insbesondere für Lamellenkupplungen mit zwei sich relativ zueinander drehenden Wellen. Durch die kompakte Bauweise und die vergleichsweise geringe Komplexität ergeben sich deutliche Vorteile gegenüber bisherigen Systemen.
Die in Figur 4 gezeigte Rücksteileinrichtung 28 hält die Kugel- /Rampenanordnung zusammen und erzeugt eine Rückstellkraft, wenn keine Axialkraft aus dem Lameilenpaket mehr wirkt. Die Rückstelleinrichtung 28 bringt die Kugel-/Rampenanordnung (nicht selbsthemmend) in eine Grundstellung, wenn die Axialkraft aus dem Lameilenpaket abgebaut ist, so dass sich ein Lüftspiel in der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse ergibt. Durch das vollständige Öffnen bzw, Lüften der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse kann nach dem Abbau der Axialkraft im Lamellenpaket eine Reduzierung des Schleppmoments bei sich relativ zueinander drehenden Reibelementen erreicht werden.
Aufgrund des konstruktiven Aufbaus des Verstellmechanismus der elektromechanischen Aktuatorik als Plusgetriebe lassen sich durch eine Verzahnungsstufe Übersetzungen realisieren, für die bei bisherigen Konzepten mehrere Stirnradstufen erforderlich sind. Wenn es die Bauraumsituation zulässt, kann der Verstellmechanismus auch ohne das in den Figuren 3, 4 gezeigte Zwischenrad 11 direkt von einem drehmomentschwachen, schnelldrehenden Elektromotor betätigt werden. Die Betätigungskräfte der Lamellenkupplung 20 und der Aktuatorik wirken sich nicht auf die weiteren Getriebeelemente aus, sondern stützen sich in einem geschlossenen Kraftfluss auf der Getriebewelle 23 ab.
Durch die geringe Anzahl von Bauteilen ergibt sich auch eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit der Aktuatorik als bei vielen herkömmlichen Anordnungen. Die notwendigen axialen und rotatorischen Relativbe- wegungen einzelner Komponenten werden von Standardkomponenten der Antriebstechnik aufgenommen, deren Zuverlässigkeit nachgewiesen ist. Bei der konstruktiven Ausführung, wie sie in Figur 4 gezeigt ist, wurde auf eine dem Kraftfluss gerechte Gestaltung geachtet, sodass möglichst unerwünschte Zwangskräfte bzw. Verkippungen vermieden werden. Durch bedarfsgerecht aufgebrachte Betätigungskräfte zur Drehmomentübertragung in der Kupplung kann die Lebensdauer der Aktuatorik nochmals deutlich erhöht werden. Die in den Figuren gezeigte Anordnung ist auch hinsichtlich ihres Gewichts, ihrer Herstellkosten und ihrer Montage günstig. Prinzipiell könnte die zweite Rampenscheibe 2 um einen weiteren Kugelrampenmechanismus (gegenüberliegend) dem Rampenmechanismus 5 (vgl. Figur 1) erweitert werden, was die Betätigung einer zweiten Lamellenkupplung mit einem einzigen Elektromotor ermöglichen würde.
Bei hohen Anforderungen an das Schleppmoment einer geöffneten Kupplung kann die Aktuatorik eine Grundstellung mit definiertem Lüftspiel (Spalt zwischen Lameilenpaket und Anpresselement) einnehmen. Hierzu ist es erforderlich, dass die Axialkrafterzeugungseinrichtung auch nach dem Abbau der axialen Betätigungskraft im Lamellenpaket durch eine äußere Kraft in die entsprechende Grundstellung gebracht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Axialkrafterzeugungseinnchtung, insbesondere zum Betätigen einer Drehmomentübertragungseinrichtung (20), mit
- einem ersten drehbar angeordneten Element (1), das über eine
Rampenanordnung, insbesondere über eine Kugel- /Rampenanordnung (5), an einem zweiten drehbar angeordneten Element (2) in einer Betätigungs- oder Axialrichtung (6) der Drehmomentübertragungseinrichtung abgestützt ist,
- einem drehbar angeordneten Stellelement (8), das über eine erste Übersetzungseinrichtung (3, 9) mit dem ersten Element (1) und
- über eine zweite Übersetzungseinrichtung (4, 10) mit dem zweiten Element (2) gekoppelt ist, wobei die Übersetzungseinrichtungen (3, 10; 4, 9) unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, so dass eine Drehung des Stellelements (8) eine Relativdrehung der beiden Elemente (1 , 2) zueinander und somit eine Relativverschiebung der beiden Elemente (1 , 2) in Betätigungs- oder Axialrichtung (6) bewirkt.
2. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung eine Reibkupplung oder eine Reibbremse, insbesondere eine Lamellenkupplung (20) oder eine Lamellenbremse, ist.
3. Axialkrafterzeugungseinnchtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung einen Innen- lamellenträger (21) und einen Auβenlamellenträger (24) aufweist.
4. Axialkrafterzeugungseinnchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Übersetzungseinrichtung (3, 10; 4, 9) jeweils ein Zahnradgetriebe, insbesondere eine Zahnradstufe, aufweist.
5. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite drehbar angeordnete Element (1 , 2) jeweils ein Antriebsrad ist.
6. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden drehbar angeordneten Eiemente (1 , 2) in Betätigungs- oder Axialrichtung (6) über ein Axialkraft übertragendes Lager (17) an einem Anpresselement (18, 19) abgestützt sind, welches sich mit einem Element (21) der Drehmomentübertragungseinrichtung (20) mitdreht.
7. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (18, 19) sich permanent mit dem Innenlamellenträger (21) oder mit dem Außenlamellen- träger (24) mitdreht.
8. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresselement (18, 19) formschlüssig, insbesondere über eine Verzahnung, mit dem Innenlamellenträger (21 ) oder mit dem Außenlamellenträger (24) drehgekoppelt ist.
9. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenlamellenträger (21) oder der Außenlamellenträger (24) drehfest mit einer Welle (23) verbunden ist.
10. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite drehbar angeordnete Element (1 , 2) über ein Radiallager (25) auf der Welle (23) gelagert ist.
11. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiallager ein Nadellager (25) ist.
12. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite drehbar angeordnete Element (2) über ein Axialkräfte abstützendes Wälzlager (26), insbesondere über ein Schrägkugellager, auf der Weile (23) gelagert ist, wobei ein Innenring des Wälzlagers (26) zumindest in einer Richtung mittels einer Abstützeinrichtung (27) auf der Welle (23) fixiert ist, wobei die Abstützeinrichtung (27) Betätigungskräfte der Axialkrafterzeugungseinrichtung abstützt.
13. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellmotor (13) zum Verdrehen des Stellelements (8, 11) vorgesehen ist.
14. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor ein Elektromotor ist.
15. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ritzel (12) des Stellmotors über ein Zwischenrad (11) mit einer Verzahnung (3) des ersten drehbar angeordneten Elements (1) und mit einer Verzahnung (4) des zweiten drehbar angeordneten Elements (2) drehgekoppelt ist.
16. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (15) zur Ermittlung der Stellung des Anpresseiements (18, 19) und/oder zur Ermittlung des von dem Anpresselement (18, 19) auf die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) ausgeübten Drucks vorgesehen ist.
17. Axialkrafterzeugungsein richtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Hallsensor aufweist.
18. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 15, 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche die Stellung und/oder den Druck entsprechend einer Soll-Stellung bzw. entsprechend eines Soll-Drucks regelt.
19. Axiaikrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkrafterzeugungseinrichtung nicht selbsthemmend ist, so dass bei Fortfall einer auf das Stellelement wirkenden Stellkraft bzw. eines Stellmoments die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) selbsttätig einen geöffneten bzw. drehmomentfreien Zustand einnimmt.
20. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkrafterzeugungseinrichtung seibsthemmend ist, so dass selbst bei einem Fortfall einer auf das Steli- element (8) einwirkenden Stellkraft bzw. eines Stellmoments die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) ihren momentanen Betriebs- zustand beibehält.
21. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremse vorgesehen ist, die bei einem Fortfall einer auf das Stellelement einwirkenden Stellkraft bzw. eines Stellmoments die Axialkrafterzeugungseinrichtung und somit die Drehmomentübertragungseinrichtung (20) jeweils in ihrer momentanen Stellung bzw. in ihrem momentanen Betriebszustand hält.
22. Axialkrafterzeugungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstelleinrichtung (28) vorgesehen ist, welche die beiden drehbar angeordneten Elemente (1 , 2) gegeneinander drückt, wenn keine äußere Axialkraft auf die Axialkrafter- zeugungseinrichtung wirkt.
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