DE102009029008A1

DE102009029008A1 - Elektromechanische Betätigungsanordnung

Info

Publication number: DE102009029008A1
Application number: DE102009029008A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schneider; Gerhard Dr. Gumpoltsberger; Matthias Reisch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-03
Also published as: JP2013503255A; US20120145509A1; CN102483103A; WO2011023563A1; KR20120073213A

Abstract

Es wird eine elektromechanische Betätigungsvorrichtung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen eines Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung eine von einer Rampenkontur betätigte Kniehebelmechanik (3) umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise sind aus den Druckschriften US 2006/0 278 489 A1 und DE 102 58 836 A1 elektromechanische Kupplungsaktuatoren für eine Fahrzeugkupplung bekannt, deren Verstellungen über ein zusätzliches pneumatische oder hydraulisches System gesteuert werden. Der aus der DE 102 58 836 A1 bekannte Kupplungsaktuator z. B. umfasst ein Magnetventil, mit dem ein Druckausgleichskanal zwischen zwei Kolbenräumen geschlossen und geöffnet wird, um die Stellbewegungen zu steuern. Dadurch ergibt sich auch bei diesen Anordnungen ein komplizierter Aufbau, der einen erheblichen Bauraum benötigt.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 101 56 348 C1 eine elektromechanische Bremse bekannt. Die bekannte Bremse hat jedoch den Nachteil, dass hohe Stellkräfte zum Betätigen der Bremse erforderlich sind. Aufgrund des komplizierten konstruktiven Aufbaus sind eine Vielzahl von Bauteilen erforderlich, so dass zudem ein erheblicher Bauraum notwendig ist
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektromechanische Betätigungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart zu verbessern, dass eine möglichst kompakte Bauweise realisiert wird und möglichst geringe Stellkräfte erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen ergeben.
Erfindungsgemäß wird somit eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement oder dergleichen eines Fahrzeuggetriebes mit zumindest einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung eine von einer Rampenkontur oder dergleichen betätigte Kniehebelmechanik umfasst.
Auf diese Weise kann eine Betätigungsanordnung mit geringem Bauraumbedarf vorgeschlagen werden, da die Stelleinrichtung durch wenige Bauteile realisiert wird. Darüber hinaus wird bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung eine hohe Übersetzung schon bei geringen Stellkräften mithilfe der von der Rampenkontur betätigten Kniehebelmechanik aufgebracht. Durch die elektromechanische Betätigungsanordnung kann eine Leistungseinsparung gegenüber hydraulischen Antrieben durch Verringerung der erforderlichen hydraulischen Leistung erreicht werden. Zudem ergibt sich eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung der Energieversorgung aus dem Bordnetz bei der elektrischen Antriebseinrichtung der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung. Darüber hinaus können aufwändige Kanäle und hydraulische Bauteile, die für einen hydraulischen Antrieb erforderlich sind, entfallen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung auch eine Start-Stopp-Funktion eines Verbrennungsmotors und eines Hybridantriebes realisierbar ist.
Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betätigungsanordnung zur Betätigung einer Lamellenkupplung eines Getriebes verwendbar ist, wobei die Kniehebelmechanik vorzugsweise im Wesentlichen koaxial zur Getriebewelle angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise, wodurch ein Minimum an Bauraum erforderlich ist. Es sind jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, die ebenfalls den erforderlichen Bauraum reduzieren können.
Vorzugsweise kann die Stelleinrichtung einen von der Antriebseinrichtung angetriebenen Spindeltrieb oder dergleichen umfassen, der die Rampenkontur zum Betätigen der Kniehebelmechanik im Wesentlichen axial bewegt. Über das Steigungskonzept, welches durch die Rampenkontur realisiert und von der Antriebseinrichtung bzw. dem Spindeltrieb angetrieben wird, kann auf einfachste Weise die erforderliche Stellkraft auf die Kniehebelmechanik übertragen werden.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Kniehebelmechanik beispielsweise ein mit der Rampenkontur in Wirkverbindung stehendes Kniehebelelement oder dergleichen und einen mit dem zu betätigenden Schaltelement in Wirkverbindung stehenden Betätigungshebel oder dergleichen umfasst. Mit dieser Betätigungshebel-Kniehebelelement-Kombination sind nur geringe Stellkräfte zum Betätigen des Schaltelements erforderlich. Zudem ergibt sich dadurch in vorteilhafter Weise ein stellkraftfreier Haltebereich beziehungsweise Totpunkt bei der Betätigungsanordnung.
Mit der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung kann durch die Rampenkontur eine axiale Kraft auf das Kniehebelelement aufgebracht werden, so dass das Kniehebelelement radial nach außen bewegt wird, wodurch der Betätigungshebel gegen das Schaltelement zum Betätigen desselben pressbar ist. Beispielsweise kann als Kniehebelelement ein rotationssymmetrisches, biegbares Blech oder dergleichen und die Rampenkontur durch eine Kugelrampe dergleichen gebildet werden. Es sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen denkbar.
Um das Kniehebelelement mithilfe der aufgebrachten Axialkraft nach radial außen zu spreizen und damit den Betätigungshebel gegen das Schaltelement zu pressen, kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass ein Ende des Betätigungshebels über ein Gelenk mit dem Kniehebelelement und das andere Ende des Betätigungshebel gehäusefest gelagert ist. Auch hier können andere konstruktive Ausführungen eingesetzt werden, um die vorbeschriebene Funktionsweise zu erreichen.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Betätigungsanordnung gemäß der Erfindung ist die Verwendung in einem Getriebe zum Betätigen einer als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung, wobei die Antriebseinrichtung einen Elektromotor umfasst, der einen Spindeltrieb zum axialen Bewegen der Rampenkontur beziehungsweise der Kugelrampe antreibt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung; und
2 eine geschnittene Teilansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges.
In 1 ist das allgemeine Wirkprinzip der vorgeschlagenen elektromechanischen Betätigungsanordnung skizziert. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass die Betätigungsanordnung mit einer Antriebseinrichtung eine einen Spindeltrieb 9, eine Rampenkontur und eine Kniehebelmechanik 3 umfassende Stelleinrichtung betätigt, so dass die Kniehebelmechanik 3 entsprechend bewegt wird, um ein zu betätigendes Schaltelement mit einer vorbestimmten Stellkraft zu beaufschlagen. Somit wird die Stelleinrichtung nur durch wenige Bauteile gebildet, sodass die Anzahl der erforderlichen Bauteile gegenüber bekannten Betätigungsanordnungen erheblich reduziert wird.
In 2 ist eine mögliche Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. Die elektromechanische Betätigungsanordnung umfasst eine Antriebseinrichtung, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen eines als Lamellenkupplung 2 ausgebildeten Schaltelements gekoppelt ist, wobei die Stelleinrichtung die von einer Rampenkontur betätigte Kniehebelmechanik 3 umfasst, um eine gewünschte Stellkraft auf die Lamellenkupplung 2 zu übertragen. Die Kniehebelmechanik 3 ist in dem Getriebegehäuse 1 koaxial zu einer lediglich angedeuteten Getriebewelle 4 angeordnet. Daraus ergibt sich eine besonders bauraumsparende Anordnung.
Die Kniehebelmechanik 3 umfasst ein Kniehebelelement 5 und einen Betätigungshebel 6, die über ein Gelenk 7 miteinander gekoppelt sind. Das Kniehebelelement 5 ist z. B. als rotationssymmetrisches und biegbares Blech ausgeführt. Als Rampenkontur ist z. B. eine Kugelrampe 8 vorgesehen, die einerseits mit einem Spindeltrieb 9, der von einem Elektromotor 10 der Antriebseinrichtung angetrieben wird, und andererseits mit dem Kniehebelelement 5 gekoppelt ist. Die Kugelrampe 8 kann z. B. als geteiltes Ringelement oder dergleichen ausgebildet sein, wobei eine erste Hälfte 11 dem Spindeltrieb 9 und eine zweite Hälfte 12 mit der Rampenkontur dem Kniehebelelement 5 zugeordnet sind. Die beiden Hälften 11, 12 sind beispielsweise über mehrere Wälzkörper 13 aneinander gelagert. Es sind auch andere konstruktive Ausführungen zum Realisieren der Rampen- bzw. Steigungskontur möglich.
Der Betätigungshebel 6 ist ein Rotationsteil, dass an dem dem Kniehebelelement 5 abgewandten Ende an dem Getriebegehäuse 1 abgestützt beziehungsweise in einem gehäusefesten Hebellager gelagert ist, so dass durch eine Spreizung des Kniehebelelements 5 eine Verschiebung des Betätigungshebels 6 ermöglicht wird, so dass dieser auf die Lamellen der Lamellenkupplung 2 gepresst wird. Die Verschiebung beziehungsweise Verdrehung des Betätigungshebels 6 wird durch einen Pfeil in 1 angedeutet. Zudem sind die Spreizung des Kniehebelelements 5 und auch die axiale Bewegung der Kugelrampe 8 beziehungsweise der Spindelmutter des Spindeltriebes 9 in 1 durch entsprechende Pfeile angedeutet.
Bei der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung wird somit das Kniehebelelement 5 durch die von dem Spindeltrieb 9 betätigte zweite Hälfte 12 der Kugelrampe 8 in axialer Richtung bewegt, so dass das Kniehebelelement 5 nach radial außen spreizt. Die Anordnung der beiden Hebel, also des Betätigungshebels 6 und des Kniehebelelements 5, ermöglicht eine hohe Übersetzung bei geringer Stellkraft an der Kugelrampe 8. Zusätzlich kann die Betätigungsanordnung im Totpunkt des Kniehebelelements 5 ohne Stellkraft verharren.
Bezugszeichenliste

1: Getriebegehäuse
2: Lamellenkupplung
3: Kniehebelmechanik
4: Getriebewelle
5: Kniehebelelement
6: Betätigungshebel
7: Gelenk
8: Kugelrampe
9: Spindeltrieb
10: Elektromotor
11: erste Hälfte des geteilten Ringelements
12: zweite Hälfte des geteilten Ringelements
13: Wälzkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2006/0278489 A1 [0002]
DE 10258836 A1 [0002, 0002]
DE 10156348 C1 [0003]

Claims

Elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, die mit einer Stelleinrichtung zum Betätigen eines Schaltelements gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eine von einer Rampenkontur betätigte Kniehebelmechanik (3) umfasst.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Betätigung einer Lamellenkupplung (2) eines Getriebes verwendbar ist, wobei die Kniehebelmechanik (3) im Wesentlichen koaxial zur Getriebewelle (4) angeordnet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen von der Antriebseinrichtung (10) angetriebenen Spindeltrieb (9) umfasst, der die Rampenkontur zum Betätigen der Kniehebelmechanik (3) axial bewegt.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kniehebelmechanik (3) ein mit der Rampenkontur in Wirkverbindung stehendes Kniehebelelement (5) und einen mit dem Schaltelement in Wirkverbindung stehenden Betätigungshebel (6) umfasst.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rampenkontur eine Axialkraft auf das Kniehebelelement (5) aufbringbar ist, sodass das Kniehebelelement (5) radial nach außen bewegbar ist, wodurch der Betätigungshebel (6) gegen das Schaltelement pressbar ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kniehebelelement (5) als rotationssymmetrisches, biegbares Blech ausgebildet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur als Kugelrampe (8) ausgebildet ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Betätigungshebels (6) über ein Gelenk (7) mit dem Kniehebelelement (5) und das andere Ende des Betätigungshebels (6) gehäusefest gelagert ist.
Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung einen Elektromotor (10) umfasst, der einen Spindeltrieb (9) zum axialen Bewegen der Rampenkontur antreibt.