WO2016041788A1 - Actuator system - Google Patents

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WO2016041788A1
WO2016041788A1 PCT/EP2015/070244 EP2015070244W WO2016041788A1 WO 2016041788 A1 WO2016041788 A1 WO 2016041788A1 EP 2015070244 W EP2015070244 W EP 2015070244W WO 2016041788 A1 WO2016041788 A1 WO 2016041788A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ball
ball ramp
ramp disc
rotor
clutch
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/070244
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan LIENHART
Johann WILLBERGER
Original Assignee
Magna powertrain gmbh & co kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna powertrain gmbh & co kg filed Critical Magna powertrain gmbh & co kg
Publication of WO2016041788A1 publication Critical patent/WO2016041788A1/en

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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
    • F16D27/00—Magnetically- or electrically- actuated clutches; Control or electric circuits therefor
    • 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 actuator system for a clutch.
  • Actuators are used for the automation of a wide variety of systems and devices, but especially in automotive technology for the transmission of gearboxes, for the operation of controllable couplings, for steering systems, automatic power windows and much more.
  • actuator systems are composed of a control unit, a servomotor, and an actuator.
  • the servo motors are usually designed as DC machines or permanent-magnet synchronous machines due to dynamic requirements. Both motor technologies incorporate either coils or permanent magnets in the area of the rotor. This sometimes leads to a translation stage in the region of the rotor of the servomotor is difficult to integrate. Furthermore, in particular synchronous machines have a greatly reduced temperature resistance due to the permanent magnets used.
  • the publication DE 10 2005 004 150 AI describes a coupling arrangement and more particularly a coupling with a multi-pole electromagnetic actuator.
  • the electromagnetic actuator comprises a stationary coil, a rotating multi-pole stator and a rotating multi-pole rotor which is connected to the stator. Both the stator and the rotor have a plurality of coils connected in pairs.
  • a shoulder or ball-ramp arrangement is arranged between the rotor and a friction clutch pack.
  • arcuate, teardrop-shaped recesses are introduced directly into the rotor, wherein a load-transmitting ball is arranged within each arcuate, tear-shaped depression.
  • the load-transmitting balls are trapped between the rotor and a circular element.
  • the load-transmitting balls cause an axial displacement of the circular element in response to a relative rotation between it and the rotor. Due to the direct arrangement of the arcuate, drop-shaped depressions on the rotor, however, an application-specific adaptation of the ball-ramp ratio to different shaft diameters is not possible.
  • WO 2005/043715 describes an actuator with an electric servomotor, a transmission mechanism and an actuator, wherein the servomotor is a DC motor, which consists of a first part with a number of circumferentially distributed permanent magnets and a second part, the pole teeth with Windings which are fed with com- mutated current and wherein one of the two is rotatable relative to the other.
  • the actuator is designed as a ball ramp mechanism, but not integrated into the rotor of the DC motor, which leads to an increased space requirement.
  • an actuator system for a clutch comprising a servomotor, wherein the servomotor has a stator and a rotor, wherein a metal ring package with windings is the stator of the servomotor and the rotor consists of a soft magnetic material, wherein a ball ramp device is arranged on the rotor of the servomotor, wherein the ball ramp device comprises a first ball ramp disc and a second ball ramp disc, wherein the clutch can be actuated by the second ball ramp disc, wherein the first ball ramp disc is inserted directly into the rotor.
  • the actuator motor of the actuator system preferably a reluctance motor, a stator and a rotor, wherein a metal ring package, preferably a laminated core, with windings forms the stator and the rotor consists of a soft magnetic material.
  • the term "the first ball ramp disc is inserted directly into the rotor" means a direct connection between the rotor and the first ball ramp disc without intermediate component.
  • the first ball ramp disk is pressed, pinned, riveted, bolted or glued to the rotor.
  • the first ball ramp disk can be formed integrally with the rotor.
  • the construction according to the invention in particular a simple and also component-optimized design of the actuator system is effected.
  • the construction according to the invention ensures an extremely compact construction of the actuator system, and in turn creates space for, for example, a cooling device of the servomotor.
  • the servomotor interacts with the ball ramp device to actuate a clutch, in particular a friction clutch and / or multi-plate clutch.
  • the ball ramp device comprises a second ball ramp disc, wherein the second ball ramp disc is axially displaceable and in such a way by the second ball ramp disc, the clutch is actuated.
  • the first ball ramp disc is preferably inserted in a rotationally fixed manner directly into the rotor and arranged coaxially therewith.
  • the first ball ramp disc and the second ball ramp disc are annular, hollow inside and arranged coaxially.
  • the servo motor, the ball ramp device and the clutch are arranged coaxially on a shaft, in particular on a drive shaft of the clutch.
  • the first ball ramp disk and the second ball ramp disk preferably have a plurality of ball tracks, in particular in each case at least three ball tracks.
  • the ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc are incorporated in the mutually facing end faces of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc.
  • the first ball ramp disc and the second ball ramp disc are guided over a plurality of balls guided in the ball tracks, in particular at least three balls each in two opposite ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc, in operative connection with each other.
  • the ball tracks of the first ball ramp disc and / or the second ball ramp disc extend into one another, so that the angle of rotation is increased.
  • the ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc each have particularly preferably at the beginning of the ball tracks a small pitch (flat ball track), wherein increases the slope of the ball tracks with decreasing distance of the ball tracks from the center of the first ball ramp disc and the center of the second ball ramp disc so that the translation remains constant overall.
  • the beginning of the respective ball track is to be seen as one end of the ball track that is farther from the center with respect to the center of the first ball ramp disc and / or the second ball ramp disc in a radially radial direction away from the other end.
  • the ball ramp device is designed in the illustrated embodiment such that a high constant translation is possible.
  • the design-relevant force to be applied to the servomotor can be reduced in particular by the distance of the ball tracks to the center of the respective ball ramp disc, the first ball ramp disc and the second ball ramp disc being small, or the pitch of the ball tracks being as flat as possible (small).
  • a very flat ball track requires a very large angle of rotation with a constant gear ratio.
  • the angle of rotation is thereby increased by the ball tracks extend into each other. This results in a reduction of the distances of the ball tracks to the center of the first ball ramp disc and to the center of the second ball ramp disc, which is characterized by a steep (large) incline. tion of the ball tracks is compensated, so that a constant high translation is possible.
  • the balls are guided in a ball cage.
  • the servomotor is scalable, reducing and / or increasing the ball ramp ratio can be offset by increasing and / or reducing the air gap diameter and / or by adjusting the axial metal ring packet length.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the erfindungsge MAESSEN actuator system
  • Fig. 2 shows an exploded view of the ball ramp device / rotor composite
  • Fig. 3 shows a sectional view of the ball ramp device / rotor composite
  • Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the ball tracks
  • Fig. 5 shows an exemplary representation of the ball / Kugelhanfig- composite
  • Fig. 6 shows a side view and a plan view of the stator of the servo motor
  • the servomotor 2 of the actuator system comprises a stator 3 and a rotor 4.
  • the stator 3 is made of a Metal ring package 12 formed with windings 13.
  • the rotor 4 is made of a soft magnetic material. In the area of the rotor 4, coils and permanent magnets can be dispensed with in the case of such a servomotor design (FIGS. 2 and 3).
  • the motor principle is based on the targeted utilization of caused by deflection of the stator and rotor tooth different magnetic conductance, resulting in a rotor moment.
  • the ball ramp device 5 comprises a first ball ramp disc 6 and a second ball ramp slide 7, wherein the first ball ramp disc 6 is designed as a high-strength insert and coaxial with the rotor 4 rotatably inserted directly into the rotor 4.
  • the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 are annular, hollow inside and arranged coaxially.
  • the servo motor 2, the ball ramp device 5 and the clutch 1 are arranged coaxially on a shaft 8, wherein the second ball ramp disk 7 is arranged between the clutch 1 and the first ball ramp disk 6 directly inserted in the rotor 4 of the servomotor 2.
  • Fig. 2 is an exploded view of the ball ramp device 5 / rotor 4 -Verbundes is shown.
  • the first ball ramp disc 6 of the ball ramp device 5 is inserted directly into the rotor 4 in a rotationally fixed manner.
  • the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 have a plurality of ball tracks 9, as shown in Fig. 4, for example at least three ball tracks 9, on.
  • the ball tracks 9 of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 are incorporated in the mutually facing end faces of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 (FIG. 4).
  • the first ball ramp disk 6 and the second ball ramp disk 7 are in operative connection with one another via a plurality of balls 10 guided in the ball tracks 9, as illustrated in FIG. 5, for example at least three balls 10.
  • the balls 10 are guided in a ball cage 1 1.
  • the ball cage 1 1 is arranged between the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7.
  • FIG. 5 also shows a more detailed illustration of the ball 10
  • the ball cage 1 1 comprises two ball cage disks 1 1 ', 1 1 ", wherein each ball cage disk 1 1', 1 1" is substantially star-shaped.
  • the longitudinal slots 14 of the respective ball cage disks 1 1 ', 11' lie opposite each other, wherein a ball 10 is arranged in each case in the oblong holes 14. Two elongated holes 14 opposite one another thus serve to guide a ball 10.
  • the ball ramp device 5 is designed in the embodiment shown such that a high constant translation is possible.
  • the applied for the servomotor 2 design-relevant force can be reduced in particular by the distance of the ball tracks 9 from the center of the first ball ramp disc 6 and / or the second ball ramp disc 7 small, or the slope of the individual ball tracks is as flat as possible.
  • Very flat ball tracks 9 (small pitch) require a very large torsion angle with constant gear ratio.
  • the angle of rotation is increased by the fact that the ball tracks 9 extend into one another (FIG. 4). This results in a reduction of the distance of the ball track 9 from the center of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7, which by a steep

Abstract

Actuator system for a clutch (1), comprising an actuating motor (2), wherein the actuating motor (2) has a stator (3) and a rotor (4), wherein a metal ring package (12) with windings (13) forms the stator (3) of the actuating motor (2), and the rotor (4) consists of a soft magnetic material, wherein a ball ramp device (5) is arranged on the rotor (4) of the actuating motor (2), wherein the ball ramp device (5) comprises a first ball ramp disc (6) and a second ball ramp disc (7), wherein the clutch (1) can be actuated by way of the second ball ramp disc (7), wherein the first ball ramp disc (6) is inserted directly into the rotor (4).

Description

Aktuator-System  Actuator system
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aktuator-System für eine Kupplung. The present invention relates to an actuator system for a clutch.
Stand der Technik State of the art
Aktuatoren werden für die Automatisierung unterschiedlichster Anlagen und Vorrichtungen eingesetzt, insbesondere jedoch in der Fahrzeugtechnik für die Schaltung von Getrieben, für die Betätigung steuerbarer Kupp- lungen, für Lenksysteme, automatische Fensterheber und vieles mehr. Actuators are used for the automation of a wide variety of systems and devices, but especially in automotive technology for the transmission of gearboxes, for the operation of controllable couplings, for steering systems, automatic power windows and much more.
Im Allgemeinen setzen sich Aktuator- Systeme aus einer Steuereinheit, einem Stellmotor und einem Stellglied zusammen. Die Stellmotoren werden zumeist aufgrund dynamischer Anforderungen als Gleichstromma- schinen beziehungsweise permanenterregte Synchronmaschinen ausgeführt. Beide Motortechnologien verbauen im Bereich des Rotors entweder Spulen oder Permanentmagnete. Dies führt mitunter dazu, dass eine Übersetzungsstufe im Bereich des Rotors des Stellmotors nur schwer integrierbar ist. Weiters haben im Speziellen Synchronmaschinen aufgrund der verwendeten Permanentmagnete eine stark reduzierte Temperaturfestigkeit. In general, actuator systems are composed of a control unit, a servomotor, and an actuator. The servo motors are usually designed as DC machines or permanent-magnet synchronous machines due to dynamic requirements. Both motor technologies incorporate either coils or permanent magnets in the area of the rotor. This sometimes leads to a translation stage in the region of the rotor of the servomotor is difficult to integrate. Furthermore, in particular synchronous machines have a greatly reduced temperature resistance due to the permanent magnets used.
Die Veröffentlichung DE 10 2005 004 150 AI beschreibt eine Kupplungsanordnung und spezieller eine Kupplung mit einem mehrpoligen elektro- magnetischen Stellglied. Das elektromagnetische Stellglied umfasst eine stationäre Spule, einen rotierenden mehrpoligen Stator und einen rotierenden mehrpoligen Rotor der mit dem Stator verbunden ist. Beide, sowohl der Stator als auch der Rotor weisen mehrere Spulen auf, die paarweise miteinander verbunden sind. Zwischen dem Rotor und einem Rei- bungskupplungspaket ist eine Ansatz- oder Kugel-Rampen-Anordnung angeordnet. Dabei sind direkt in den Rotor bogenförmige, tränenförmige Vertiefungen eingebracht, wobei innerhalb jeder bogenförmigen, tränen- förmigen Vertiefung eine lastübertragende Kugel angeordnet ist. Die lastübertragenden Kugeln sind dabei zwischen dem Rotor und einem kreis- förmigen Element gefangen. Über die lastübertragenden Kugeln wird eine axiale Verschiebung des kreisförmigen Elements in Abhängigkeit von einer relativen Drehung zwischen ihm und dem Rotor bewirkt. Durch die direkte Anordnung der bogenförmigen, tropfenförmigen Vertiefungen am Rotor ist eine applikationsspezifische Anpassung der Kugel-Rampen- Übersetzung an unterschiedliche Wellendurchmesser jedoch nicht möglich. The publication DE 10 2005 004 150 AI describes a coupling arrangement and more particularly a coupling with a multi-pole electromagnetic actuator. The electromagnetic actuator comprises a stationary coil, a rotating multi-pole stator and a rotating multi-pole rotor which is connected to the stator. Both the stator and the rotor have a plurality of coils connected in pairs. Between the rotor and a friction clutch pack, a shoulder or ball-ramp arrangement is arranged. In this case, arcuate, teardrop-shaped recesses are introduced directly into the rotor, wherein a load-transmitting ball is arranged within each arcuate, tear-shaped depression. The load-transmitting balls are trapped between the rotor and a circular element. The load-transmitting balls cause an axial displacement of the circular element in response to a relative rotation between it and the rotor. Due to the direct arrangement of the arcuate, drop-shaped depressions on the rotor, however, an application-specific adaptation of the ball-ramp ratio to different shaft diameters is not possible.
Die WO 2005/043715 beschreibt einen Aktuator mit einem elektrischen Stellmotor, einem Übertragungsmechanismus und einem Stellglied, wobei der Stellmotor ein Gleichstrommotor ist, der aus einem ersten Teil mit einer Anzahl am Umfang verteilter Permanentmagneten und aus einem zweiten Teil besteht, der Pol-Zähne mit Wicklungen aufweist die mit kom- mutiertem Strom gespeist werden und wobei einer der beiden bezüglich des anderen drehbar ist. Das Stellglied ist als Kugelrampenmechanismus ausgeführt, allerdings nicht in den Rotor des Gleichstrommotors integriert, was zu einem vergrößerten Bauraumaufwand führt. P WO 2005/043715 describes an actuator with an electric servomotor, a transmission mechanism and an actuator, wherein the servomotor is a DC motor, which consists of a first part with a number of circumferentially distributed permanent magnets and a second part, the pole teeth with Windings which are fed with com- mutated current and wherein one of the two is rotatable relative to the other. The actuator is designed as a ball ramp mechanism, but not integrated into the rotor of the DC motor, which leads to an increased space requirement. P
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein alternatives, hinsichtlich Bauraum, Kosten und Temperatur-Beständigkeit optimiertes Aktuator- System für eine Kupplung darzustellen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Aktuator- System für eine Kupplung, umfassend einen Stellmotor, wobei der Stellmotor einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei ein Metallringpaket mit Wicklungen den Sta- tor des Stellmotors darstellt und der Rotor aus einem weichmagnetischen Material besteht, wobei am Rotor des Stellmotors eine Kugelrampenvorrichtung angeordnet ist, wobei die Kugelrampenvorrichtung eine erste Kugelrampenscheibe und eine zweite Kugelrampenscheibe umfasst, wobei durch die zweite Kugelrampenscheibe die Kupplung betätigbar ist, wobei die erste Kugelrampenscheibe direkt in den Rotor eingelegt ist. It is an object of the invention to present an alternative, optimized in terms of space, cost and temperature resistance actuator system for a clutch. The object is achieved by an actuator system for a clutch, comprising a servomotor, wherein the servomotor has a stator and a rotor, wherein a metal ring package with windings is the stator of the servomotor and the rotor consists of a soft magnetic material, wherein a ball ramp device is arranged on the rotor of the servomotor, wherein the ball ramp device comprises a first ball ramp disc and a second ball ramp disc, wherein the clutch can be actuated by the second ball ramp disc, wherein the first ball ramp disc is inserted directly into the rotor.
Erfindungsgemäß umfasst der Stellmotor des Aktuator- Systems, bevorzugt ein Reluktanz-Motor, einen Stator und einen Rotor, wobei ein Metallringpaket, vorzugsweise ein Blechpaket, mit Wicklungen den Stator bildet und der Rotor aus einem weichmagnetischen Material besteht. According to the actuator motor of the actuator system, preferably a reluctance motor, a stator and a rotor, wherein a metal ring package, preferably a laminated core, with windings forms the stator and the rotor consists of a soft magnetic material.
Durch die Verwendung eines Reluktanz-Motors als Stellmotor ist es möglich ein koaxiales und somit bauraumoptimiertes Design zu realisieren, indem eine erste Kugelrampenscheibe einer Kugelrampenvorrichtung di- rekt in den Rotor eingelegt wird. By using a reluctance motor as a servomotor, it is possible to realize a coaxial and thus space-optimized design by inserting a first ball ramp disc of a ball ramp device directly into the rotor.
Unter der Begrifflichkeit„die erste Kugelrampenscheibe direkt in den Rotor eingelegt ist" ist eine direkte Verbindung zwischen dem Rotor und der ersten Kugelrampenscheibe ohne Zwischenbauteil zu verstehen. The term "the first ball ramp disc is inserted directly into the rotor" means a direct connection between the rotor and the first ball ramp disc without intermediate component.
Die erste Kugelrampenscheibe ist dabei beispielsweise mit dem Rotor ver- presst, verstiftet, vernietet, verschraubt oder verklebt. For example, the first ball ramp disk is pressed, pinned, riveted, bolted or glued to the rotor.
Weiterhin kann die erste Kugelrampenscheibe einteilig mit dem Rotor ausgebildet sein. Vermittels der erfindungsgemäßen Ausbildung wird insbesondere eine einfache und zudem bauteiloptimierte Ausbildung des Aktuator- Systems bewirkt. Darüber hinaus wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau eine äußerst kompakte Bauweise des Aktuator- Systems gewährleistet und derart wiederum Bauraum für beispielsweise eine Kühlvorrichtung des Stellmotors geschaffen. Furthermore, the first ball ramp disk can be formed integrally with the rotor. By means of the construction according to the invention, in particular a simple and also component-optimized design of the actuator system is effected. In addition, the construction according to the invention ensures an extremely compact construction of the actuator system, and in turn creates space for, for example, a cooling device of the servomotor.
Zudem werden auch Kosten und Montagezeiten optimiert. In addition, costs and assembly times are also optimized.
Durch die Konstruktion der ersten Kugelrampenscheibe als hochfestes Einlegeteil ist überdies eine applikationsspezifische Anpassung der Kugelbahnen-Übersetzung an unterschiedliche Wellendurchmesser möglich. Der Stellmotor wirkt mit der Kugelrampenvorrichtung zusammen um eine Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung und/ oder Lamellenkupplung, zu betätigen. Due to the design of the first ball ramp disk as a high-strength insert, moreover, an application-specific adaptation of the ball race translation to different shaft diameters is possible. The servomotor interacts with the ball ramp device to actuate a clutch, in particular a friction clutch and / or multi-plate clutch.
Die Kugelrampenvorrichtung umfasst erfindungsgemäß eine zweite Kugel- rampenscheibe, wobei die zweite Kugelrampenscheibe axial verschiebbar ist und derart durch die zweite Kugelrampenscheibe die Kupplung betätigbar ist. The ball ramp device according to the invention comprises a second ball ramp disc, wherein the second ball ramp disc is axially displaceable and in such a way by the second ball ramp disc, the clutch is actuated.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Die erste Kugelrampenscheibe ist vorzugsweise drehfest direkt in den Rotor eingelegt und koaxial zu diesem angeordnet. Bevorzugt sind die erste Kugelrampenscheibe und die zweite Kugelrampenscheibe ringförmig, innen hohl ausgeführt und koaxial angeordnet. The first ball ramp disc is preferably inserted in a rotationally fixed manner directly into the rotor and arranged coaxially therewith. Preferably, the first ball ramp disc and the second ball ramp disc are annular, hollow inside and arranged coaxially.
Besonders bevorzugt sind der Stellmotor, die Kugelrampenvorrichtung und die Kupplung koaxial auf einer Welle, insbesondere auf einer Antriebswelle der Kupplung, angeordnet. Particularly preferably, the servo motor, the ball ramp device and the clutch are arranged coaxially on a shaft, in particular on a drive shaft of the clutch.
Die erste Kugelrampenscheibe und die zweite Kugelrampenscheibe weisen bevorzugt mehrere Kugelbahnen, insbesondere jeweils zumindest drei Kugelbahnen, auf. Die Kugelbahnen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe sind in den einander zugewandten Stirnflächen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe eingearbeitet. Die erste Kugelrampenscheibe und die zweite Kugelrampenscheibe stehen über mehrere in den Kugelbahnen geführte Kugeln, insbesondere zumindest drei Kugeln jeweils in zwei gegenüberliegenden Kugelbahnen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe geführt, in Wirkverbindung zueinander. The first ball ramp disk and the second ball ramp disk preferably have a plurality of ball tracks, in particular in each case at least three ball tracks. The ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc are incorporated in the mutually facing end faces of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc. The first ball ramp disc and the second ball ramp disc are guided over a plurality of balls guided in the ball tracks, in particular at least three balls each in two opposite ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc, in operative connection with each other.
Durch Verdrehung der ersten Kugelrampenscheibe und/ oder der zweiten Kugelrampenscheibe gegeneinander erfolgt eine axiale Verschiebung der der zweiten Kugelrampenscheibe und somit in weiterer Folge eine Betätigung der Kupplung. By rotation of the first ball ramp disc and / or the second ball ramp disc against each other there is an axial displacement of the second ball ramp disc and thus subsequently an actuation of the clutch.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Kugelbahnen der ersten Kugelrampenscheibe und/ oder der zweiten Kugelrampenscheibe ineinander, so dass der Verdreh-Winkel vergrößert wird. Die Kugelbahnen der ersten Kugelrampenscheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe weisen jeweils besonders bevorzugt am Beginn der Kugelbahnen eine kleine Steigung (flache Kugelbahn) auf, wobei sich die Steigung der Kugelbahnen mit kleiner werdendem Abstand der Kugelbahnen vom Mittelpunkt der ersten Kugelrampenscheibe und vom Mittelpunkt der zweiten Kugelrampenscheibe vergrößert , so dass die Übersetzung insgesamt konstant bleibt. In a particularly preferred embodiment, the ball tracks of the first ball ramp disc and / or the second ball ramp disc extend into one another, so that the angle of rotation is increased. The ball tracks of the first ball ramp disc and the second ball ramp disc each have particularly preferably at the beginning of the ball tracks a small pitch (flat ball track), wherein increases the slope of the ball tracks with decreasing distance of the ball tracks from the center of the first ball ramp disc and the center of the second ball ramp disc so that the translation remains constant overall.
Der Beginn der jeweiligen Kugelbahn ist als ein Ende der Kugelbahn zu sehen, dass in Bezug auf den Mittelpunkt der ersten Kugelrampenscheibe und/ oder der zweiten Kugelrampenscheibe in einer radial vom Mittelpunkt weglaufenden Richtung im Vergleich zum anderen Ende der Kugelbahnen weiter vom Mittelpunkt entfernt liegt. Die Kugelrampenvorrichtung ist in der gezeigten Ausführungsform derart konzipiert, dass eine hohe konstante Übersetzung möglich ist. Die für den Stellmotor aufzubringende, designrelevante Kraft kann insbesondere dadurch reduziert werden, indem der Abstand der Kugelbahnen zum Mittelpunkt der jeweiligen Kugelrampenscheibe, der ersten Kugelrampen- scheibe und der zweiten Kugelrampenscheibe, klein, beziehungsweise die Steigung der Kugelbahnen möglichst flach (klein) ist. Eine sehr flache Kugelbahn erfordert bei konstanter Übersetzung einen sehr großen Ver- dreh-Winkel. In einer bevorzugten Ausführungsform der Kugelrampenvorrichtung wird der Verdreh-Winkel dadurch vergrößert, indem die Kugelbahnen ineinander verlaufen. Daraus resultiert eine Reduktion des Abstände der Kugelbahnen zum Mittelpunkt der ersten Kugelrampenscheibe und zum Mittelpunkt der zweiten Kugelrampenscheibe, der durch eine steile (große) Stei- gung der Kugelbahnen kompensiert wird, so dass eine konstant hohe Übersetzung möglich ist. The beginning of the respective ball track is to be seen as one end of the ball track that is farther from the center with respect to the center of the first ball ramp disc and / or the second ball ramp disc in a radially radial direction away from the other end. The ball ramp device is designed in the illustrated embodiment such that a high constant translation is possible. The design-relevant force to be applied to the servomotor can be reduced in particular by the distance of the ball tracks to the center of the respective ball ramp disc, the first ball ramp disc and the second ball ramp disc being small, or the pitch of the ball tracks being as flat as possible (small). A very flat ball track requires a very large angle of rotation with a constant gear ratio. In a preferred embodiment of the ball ramp device, the angle of rotation is thereby increased by the ball tracks extend into each other. This results in a reduction of the distances of the ball tracks to the center of the first ball ramp disc and to the center of the second ball ramp disc, which is characterized by a steep (large) incline. tion of the ball tracks is compensated, so that a constant high translation is possible.
Um eine radiale Positionsänderung der Kugeln auszugleichen werden die Kugeln in einem Kugelkäfig geführt. To compensate for a radial change in position of the balls, the balls are guided in a ball cage.
Der Stellmotor ist skalierbar, eine Reduktion und/ oder Erhöhung der Kugelrampenvorrichtungs-Übersetzung kann durch Erhöhung und/ oder Reduktion des Luftspaltdurchmessers und/ oder durch entsprechende Anpassung der axialen Metallringpaketlänge ausgeglichen werden. The servomotor is scalable, reducing and / or increasing the ball ramp ratio can be offset by increasing and / or reducing the air gap diameter and / or by adjusting the axial metal ring packet length.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsge mäßen Aktuator- Systems Fig. 1 shows a schematic representation of the erfindungsge MAESSEN actuator system
Fig. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Kugelrampenvorrichtung/Rotor-Verbundes Fig. 2 shows an exploded view of the ball ramp device / rotor composite
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Kugelrampenvorrichtung/Rotor-Verbundes Fig. 3 shows a sectional view of the ball ramp device / rotor composite
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Kugelbahnen Fig. 4 shows an exemplary embodiment of the ball tracks
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Kugel / Kugelkäfig- Verbundes Fig. 5 shows an exemplary representation of the ball / Kugelkäfig- composite
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht und eine Draufsicht des Stators des Stellmotors Fig. 6 shows a side view and a plan view of the stator of the servo motor
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Aktua- tor-Systems für eine Kupplung 1. Der Stellmotor 2 des Aktuator- Systems umfasst einen Stator 3 und einen Rotor 4. Der Stator 3 wird aus einem Metallringpaket 12 mit Wicklungen 13 gebildet. Der Rotor 4 besteht aus einem weichmagnetischen Material. Im Bereich des Rotors 4 kann bei einer derartigen Stellmotor-Ausführung auf Spulen und Permanentmagnete verzichtet werden (Fig. 2 und Fig. 3). Das Motorprinzip beruht auf der gezielten Ausnutzung von durch Auslenkung von Stator- und Rotorzahn verursachten unterschiedlichen magnetischen Leitwerten, die in einem Rotormoment resultieren. 1 shows a schematic representation of the actuator system according to the invention for a clutch 1. The servomotor 2 of the actuator system comprises a stator 3 and a rotor 4. The stator 3 is made of a Metal ring package 12 formed with windings 13. The rotor 4 is made of a soft magnetic material. In the area of the rotor 4, coils and permanent magnets can be dispensed with in the case of such a servomotor design (FIGS. 2 and 3). The motor principle is based on the targeted utilization of caused by deflection of the stator and rotor tooth different magnetic conductance, resulting in a rotor moment.
Die Kugelrampenvorrichtung 5 umfasst eine erste Kugelrampenscheibe 6 und eine zweite Kugelrampenschiebe 7, wobei die erste Kugelrampenscheibe 6 als hochfestes Einlegeteil konzipiert ist und koaxial zum Rotor 4 drehfest direkt in den Rotor 4 eingelegt ist. The ball ramp device 5 comprises a first ball ramp disc 6 and a second ball ramp slide 7, wherein the first ball ramp disc 6 is designed as a high-strength insert and coaxial with the rotor 4 rotatably inserted directly into the rotor 4.
Die erste Kugelrampenscheibe 6 und die zweite Kugelrampenscheibe 7 sind ringförmig, innen hohl ausgeführt und koaxial angeordnet. The first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 are annular, hollow inside and arranged coaxially.
Der Stellmotor 2, die Kugelrampenvorrichtung 5 und die Kupplung 1 sind koaxial auf einer Welle 8 angeordnet, wobei die zweite Kugelrampenscheibe 7 zwischen der Kupplung 1 und der im Rotor 4 des Stellmotors 2 direkt eingelegten ersten Kugelrampenscheibe 6 angeordnet ist. The servo motor 2, the ball ramp device 5 and the clutch 1 are arranged coaxially on a shaft 8, wherein the second ball ramp disk 7 is arranged between the clutch 1 and the first ball ramp disk 6 directly inserted in the rotor 4 of the servomotor 2.
Der Stellmotor 2 wirkt mit der Kugelrampenvorrichtung 5 zusammen um eine Kupplung 1 zu betätigen. In Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung des Kugelrampenvorrichtung 5 /Rotor 4 -Verbundes dargestellt. Die erste Kugelrampenscheibe 6 der Kugelrampenvorrichtung 5 ist direkt in den Rotor 4 drehfest eingelegt. The servomotor 2 cooperates with the ball ramp device 5 to actuate a clutch 1. In Fig. 2 is an exploded view of the ball ramp device 5 / rotor 4 -Verbundes is shown. The first ball ramp disc 6 of the ball ramp device 5 is inserted directly into the rotor 4 in a rotationally fixed manner.
Die erste Kugelrampenscheibe 6 und die zweite Kugelrampenscheibe 7 weisen mehrere Kugelbahnen 9, wie in Fig. 4 dargestellt zum Beispiel zumindest drei Kugelbahnen 9, auf. Die Kugelbahnen 9 der ersten Kugelrampenscheibe 6 und der zweiten Kugelrampenscheibe 7 sind in den einander zugewandten Stirnflächen der ersten Kugelrampenscheibe 6 und der zweiten Kugelrampenscheibe 7 eingearbeitet (Fig. 4). The first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 have a plurality of ball tracks 9, as shown in Fig. 4, for example at least three ball tracks 9, on. The ball tracks 9 of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 are incorporated in the mutually facing end faces of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7 (FIG. 4).
Die erste Kugelrampenscheibe 6 und die zweite Kugelrampenscheibe 7 stehen über mehrere in den Kugelbahnen 9 geführte Kugeln 10, wie in Fig. 5 dargestellt zum Beispiel zumindest drei Kugeln 10, in Wirkverbindung zueinander. The first ball ramp disk 6 and the second ball ramp disk 7 are in operative connection with one another via a plurality of balls 10 guided in the ball tracks 9, as illustrated in FIG. 5, for example at least three balls 10.
Durch Verdrehung der ersten Kugelrampenscheibe 6 und / oder zweiten Kugelrampenscheibe 7 gegeneinander erfolgt eine axiale Verschiebung der der zweiten Kugelrampenscheibe 7 und somit in weiterer Folge eine Betätigung der Kupplung 1. By rotation of the first ball ramp disc 6 and / or second ball ramp disc 7 against each other takes place an axial displacement of the second ball ramp disc 7 and thus subsequently an actuation of the clutch first
Um eine radiale Positionsänderung der Kugeln 10 auszugleichen werden die Kugeln 10 in einem Kugelkäfig 1 1 geführt. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Kugelkäfig 1 1 zwischen der ersten Kugelrampenscheibe 6 und der zweiten Kugelrampenscheibe 7 angeordnet. To compensate for a radial change in position of the balls 10, the balls 10 are guided in a ball cage 1 1. In the embodiment shown in FIG. 2, the ball cage 1 1 is arranged between the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7.
Fig. 5 zeigt überdies eine detailliertere Darstellung des Kugel 10 FIG. 5 also shows a more detailed illustration of the ball 10
/Kugelkäfig 1 1 -Verbundes. / Ball cage 1 1 -Verbundes.
Der Kugelkäfig 1 1 umfasst zwei Kugelkäfigscheiben 1 1 ', 1 1 ", wobei jede Kugelkäfigscheibe 1 1 ', 1 1 " im Wesentlichen sternförmig ausgebildet ist. The ball cage 1 1 comprises two ball cage disks 1 1 ', 1 1 ", wherein each ball cage disk 1 1', 1 1" is substantially star-shaped.
Jede Kugelkäfigscheibe 1 1 ', 1 1 " weist jeweils drei Langlöcher 14 auf, wobei sich die Langlöcher von einem Außenumfang der jeweiligen Kugelkäfigscheibe 1 1 ', 1 1 " radial nach innen in Richtung einer zentralen Achse der Welle 8 der jeweiligen Kugelkäfigscheibe 1 1 ', 1 1 " erstrecken. Die jewei- ligen Langlöcher 14 der jeweiligen Kugelkäfigscheiben 1 1 ', 1 1 " liegen einander gegenüber, wobei jeweils in den Langlöchern 14 eine Kugel 10 angeordnet ist. Zwei gegenüberliegende Langlöcher 14 dienen somit der Führung einer Kugel 10. Each ball cage disk 1 1 ', 1 1 "each has three slots 14, wherein the slots from an outer periphery of the respective ball cage disc 1 1', 1 1" radially inward in the direction of a central axis of the shaft 8 of the respective ball cage disc 1 1 ' , 1 1 ". The longitudinal slots 14 of the respective ball cage disks 1 1 ', 11' lie opposite each other, wherein a ball 10 is arranged in each case in the oblong holes 14. Two elongated holes 14 opposite one another thus serve to guide a ball 10.
In Fig. 3 ist abermals der Kugelrampenvorrichtung 5 /Rotor 4 -Verbund jedoch in einer Schnittansicht dargestellt. Durch das Einlegen der ersten Kugelrampenscheibe 6 in den Rotor 4 des Stellmotors 2 ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise. In Fig. 3 but again the ball ramp device 5 / rotor 4 -Verbund is shown in a sectional view. By inserting the first ball ramp disc 6 in the rotor 4 of the servomotor 2 results in a very compact design.
Die Kugelrampenvorrichtung 5 ist in der gezeigten Ausführungsform derart konzipiert, dass eine hohe konstante Übersetzung möglich ist. Die für den Stellmotor 2 aufzubringende, designrelevante Kraft kann insbesondere dadurch reduziert werden, indem der Abstand der Kugelbahnen 9 vom Mittelpunkt der ersten Kugelrampenscheibe 6 und/ oder der zweiten Kugelrampenscheibe 7 klein, beziehungsweise die Steigung der einzelnen Kugelbahnen möglichst flach ist. Sehr flache Kugelbahnen 9 (kleine Stei- gung) erfordern bei konstanter Übersetzung einen sehr großen Verdreh- Winkel. In der dargestellten Ausführungsform der Kugelrampenvorrichtung 5 wird der Verdreh-Winkel dadurch vergrößert, dass die Kugelbahnen 9 ineinander verlaufen (Fig. 4). Daraus resultiert eine Reduktion des Abstandes der Kugelbahn 9 vom Mittelpunkt der ersten Kugelrampen- scheibe 6 und der zweiten Kugelrampenscheibe 7, die durch eine steileThe ball ramp device 5 is designed in the embodiment shown such that a high constant translation is possible. The applied for the servomotor 2, design-relevant force can be reduced in particular by the distance of the ball tracks 9 from the center of the first ball ramp disc 6 and / or the second ball ramp disc 7 small, or the slope of the individual ball tracks is as flat as possible. Very flat ball tracks 9 (small pitch) require a very large torsion angle with constant gear ratio. In the illustrated embodiment of the ball ramp device 5, the angle of rotation is increased by the fact that the ball tracks 9 extend into one another (FIG. 4). This results in a reduction of the distance of the ball track 9 from the center of the first ball ramp disc 6 and the second ball ramp disc 7, which by a steep
(größer werdende) Steigung kompensiert wird, so dass eine konstant hohe Übersetzung möglich ist. Bezugszeichenliste (Increasing) slope is compensated, so that a constant high translation is possible. LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Kupplung I clutch
2 Stellmotor 2 servomotor
3 Stator  3 stators
4 Rotor  4 rotor
5 Kugelrampenvorrichtung  5 ball ramp device
6 Erste Kugelrampenscheibe  6 First ball ramp disc
7 Zweite Kugelrampenscheibe 7 Second ball ramp disc
8 Welle  8 wave
9 Kugelbahn  9 ball track
10 Kugel  10 ball
I I Kugelkäfig  I I ball cage
1 1 ', 1 1 " Kugelkäfigscheibe 1 1 ', 1 1 "ball cage washer
12 Metallringpaket  12 metal ring package
13 Wicklungen  13 windings
14 Langloch  14 slot

Claims

Patentansprüche claims
Aktuator- System für eine Kupplung (1), umfassend einen Stellmotor (2), wobei der Stellmotor (2) einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, wobei ein Metallringpaket (12) mit Wicklungen (13) den Stator (3) des Stellmotors (2) darstellt und der Rotor (4) aus einem weichmagnetischen Material besteht, wobei am Rotor (4) des Stellmotors (2) eine Kugelrampenvorrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Kugelrampenvorrichtung (5) eine erste Kugelrampenscheibe (6) und eine zweite Kugelrampenscheibe (7) umfasst, wobei durch die zweite Kugelrampenscheibe (7) die Kupplung (1) betätigbar ist, wobei die erste Kugelrampenscheibe (6) direkt in den Rotor (4) eingelegt ist. Actuator system for a clutch (1), comprising a servomotor (2), wherein the servomotor (2) comprises a stator (3) and a rotor (4), wherein a metal ring package (12) with windings (13) drives the stator (3). 3) of the servo motor (2) and the rotor (4) consists of a soft magnetic material, wherein on the rotor (4) of the servomotor (2) a ball ramp device (5) is arranged, wherein the ball ramp device (5) a first ball ramp disc (6 ) and a second ball ramp disc (7), wherein by the second ball ramp disc (7), the clutch (1) is actuated, wherein the first ball ramp disc (6) is inserted directly into the rotor (4).
Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach Anspruch 1, Actuator system for a clutch (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Kugelrampenscheibe (6) drehfest in den Rotor (4) eingelegt ist und koaxial zum Rotor (4) angeordnet ist. That is, the first ball ramp disc (6) is non-rotatably inserted into the rotor (4) and arranged coaxially with the rotor (4).
Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach Anspruch 2, Actuator system for a clutch (1) according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Kugelrampenscheibe (6) und die zweite Kugelrampenscheibe (7) ringförmig, innen hohl ausgeführt sind und koaxial angeordnet sind. Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, characterized in that the first ball ramp disc (6) and the second ball ramp disc (7) are annular, hollow inside and are arranged coaxially. Actuator system for a clutch (1) according to one of claims 1 to 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stellmotor (2), die Kugelrampenvorrichtung (5) und die Kupplung (1) koaxial auf einer Welle (8) angeordnet sind. The actuator motor (2), ball ramp device (5) and clutch (1) are coaxially mounted on a shaft (8).
Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Actuator system for a clutch (1) according to one of claims 1 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Kugelrampenscheibe (6) und die zweite Kugelrampenscheibe (7) mehrere Kugelbahnen (9) aufweisen, die über mehrere Kugeln (10) in Wirkverbindung miteinander stehen. The first ball ramp disc (6) and the second ball ramp disc (7) have a plurality of ball tracks (9) which are in operative connection with one another via a plurality of balls (10).
Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach Anspruch 5, Actuator system for a clutch (1) according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugelbahnen (9) der ersten Kugelrampenscheibe (6) und der zweiten Ku- gelrampenschiebe (7) ineinander verlaufen, so dass der Verdreh- Winkel vergrößert wird. That is, the ball tracks (9) of the first ball ramp disc (6) and the second ball ramp slider (7) extend into each other, so that the twist angle is increased.
Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Actuator system for a clutch (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugelbahnen (9) der ersten Kugelrampenscheibe (6) und der zweiten Kugelrampenscheibe (7) am Beginn der Kugelbahnen (9) eine kleine Steigung der Kugelbahnen (9) aufweisen und sich die Steigung der Kugelbahnen (9) mit kleiner werdendem Abstand der Kugelbahnen (9) vom Mittelpunkt der ersten Kugelrampenscheibe (6) und/ oder der zweiten Kugelrampenscheibe (7) vergrößert, so dass die Übersetzung insgesamt konstant bleibt. Aktuator- System für eine Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, characterized in that the ball tracks (9) of the first ball ramp disc (6) and the second ball ramp disc (7) at the beginning of the ball tracks (9) have a small pitch of the ball tracks (9) and the pitch of the ball tracks (9) with decreasing distance the ball tracks (9) from the center of the first ball ramp disc (6) and / or the second ball ramp disc (7) increases, so that the translation remains constant overall. Actuator system for a clutch (1) according to one of claims 5 to 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kugeln (10) in einem Kugelkäfig (11) geführt werden. That is, the balls (10) are guided in a ball cage (11).
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