DE69802588T2 - Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Hauptzylinder - Google Patents

Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Hauptzylinder

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Betätigung eines hydraulischen Hauptzylinders mittels Motorantrieb.
  • Bei einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges ist die Nutzung eines sogenannten automatischen hydraulischen Druckerzeugers bekannt, bei dem eine Reibungskupplung durch einen mittels eines computergesteuerten Motors angetriebenen hydraulischen Hauptzylinder eingerückt oder ausgerückt wird. Für einen solchen automatischen hydraulischen Druckerzeuger wird in DE- A Nr. 4433824 eine Vorrichtung zur Betätigung eines hydraulischen Hauptzylinders mittels eines Motors offenbart. Als Bestandteil der Betätigungsvorrichtung ist eine Schnecke an einer Ausgangswelle eines Motors vorgesehen, und eine Kolbenstange des hydraulischen Hauptzylinders ist durch einen Zapfen mit einem mit der Schnecke im Eingriff stehenden Schneckenrad verbunden. Bei einem solchen Aufbau wird die Rotation des Motors durch die Schnecke und das Schneckenrad reduziert, und dadurch wird das Drehmoment erhöht. Indem außerdem die Hebelübersetzung genutzt wird, die auf die Differenz im Abstand zwischen dem Drehpunkt des Schneckenrads und dem Anschlußpunkt der Kolbenstange sowie den Abstand zwischen dem Drehpunkt des Schneckenrads und dem Eingriffspunkt zwischen Schnecke und Schneckenrad zurückzuführen ist, erhöht sich das Drehmoment, und die Drehbewegung des Schneckenrads wird in die lineare Bewegung der Kolbenstange umgewandelt.
  • Da die in DE-A Nr. 4433824 beschriebene Betätigungsvorrichtung jedoch unter Nutzung des Eingriffs zwischen Schnecke und Schneckenrad eine Erhöhung des Drehmoments anstrebt, wiewohl auf die Kolbenstange eine hohe Kraft ausgeübt werden kann, liegen Nachteile darin, daß sich die Kolbenstange langsam bewegt, der hydraulische Zylinder nicht schnell arbeiten kann und das Ansprechverhalten der Betätigung beim Einrücken und Ausrücken der Reibungskupplung beeinträchtigt wird.
  • Da die Schnecke und das Schneckenrad außerdem im wesentlichen mittels Punktberührung im Eingriff stehen und der Druck in der Richtung der Schneckenachse zum Eingriffspunkt zwischen Schnecke und Schneckenrad konzentrisch ausgeübt wird, liegt ein Nachteil darin, daß die Lebensdauer der Schnecke kurz ist.
  • DE 43 20 205A offenbart ein alternatives Betätigungsmittel zur Betätigung eines hydraulischen Hauptzylinders. Dabei bewegt ein Motor einen Kolben des Hauptzylinders mit Hilfe einer Kugelmutter-Bewegungsspindel. Die Kugelmutter- Bewegungsspindel umfaßt ein Bauteil, welches durch den Motor in Rotation versetzt werden kann, jedoch in axialer Richtung feststeht, und ein weiteres Bauteil, welches nicht in Rotation versetzt werden kann, jedoch als Reaktion auf die Rotation des ersten Bauteils axial verschiebbar ist, um den Kolben zu bewegen.
  • Zur Minderung der oben genannten Probleme sieht die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines hydraulischen Hauptzylinders mittels Motorantrieb vor, welche umfaßt: ein Gleitstück, welches durch einen Motor über einen Antriebsradsatz zur Drehzahlreduktion in Rotation um eine stationäre Welle versetzt wird, eine an einem Innenumfang des Gleitstücks ausgebildete Schraube mit Innengewinde, eine an einem Außenumfang der stationären Welle vorgesehene und mit der Schraube mit Innengewinde im Eingriff stehende Schraube mit Außengewinde, eine an einer Kolbenstange des hydraulischen Hauptzylinders befestigte und entlang der stationären Welle in axialer Richtung verschiebbare Hülse und Kupplungsmittel zur Herstellung einer Verbindung zwischen der genannten Hülse und dem genannten Gleitstück, so daß die genannte Hülse und das genannte Gleitstück im Verhältnis zueinander in axialer Richtung drehbar und in axialer Richtung miteinander integral beweglich sind.
  • Wenn erfindungsgemäß ein Motor angetrieben und ein Gleitstück über einen Antriebsradsatz zur Drehzahlreduktion in Rotation versetzt wird, bewegt sich das Gleitstück entlang der stationären Welle in axialer Richtung durch Ineinandergreifen einer Schraube mit Innengewinde des Gleitstücks und einer Schraube mit Außengewinde an einem Außenumfang der stationären Welle. Im Verlauf einer solchen Bewegung des Gleitstücks in axialer Richtung wird die mit dem Gleitstück integral ausgebildete Hülse in axialer Richtung bewegt, und die an der Hülse befestigte Kolbenstange wird ebenfalls in axialer Richtung bewegt. Diese Bewegungsrichtung der Kolbenstange kann durch Drehrichtungsumkehr des Motors umgekehrt werden. Infolgedessen kann der hydraulische Druck durch Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Kolbenstange erzeugt und abgelassen werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Reduzierung der Motordrehzahl durch den Antriebsradsatz bewerkstelligt, und die Umwandlung der Drehbewegung in die lineare Bewegung wird durch das Ineinandergreifen der Schraube mit Innengewinde am Gleitstück und der Schraube mit Außengewinde am Außenumfang der stationären Welle bewerkstelligt. Da die Kraftübertragung dabei in jedem Fall durch gegenseitige Linienberührung erfolgt, ist der auf den Berührungsteil einwirkende Oberflächendruck gering, und dadurch wird die Haltbarkeit verbessert.
  • Da außerdem die Reduzierung der Motordrehzahl durch den Antriebsradsatz bewirkt wird, kann das Drehmoment nach Wunsch durch entsprechende Kombination von Zahnrädern verstellt werden. Da sich außerdem die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange im Verhältnis zur Rotation des Motors frei verstellen läßt, indem die Steigung der Schraube mit Innengewinde am Gleitstück und der Schraube mit Außengewinde am Außenumfang der stationären Welle entsprechend eingestellt wird, kann die Kolbenstange mit hohem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit betätigt werden.
  • Die Schraube mit Innengewinde des Gleitstücks und die Schraube mit Außengewinde am Außenumfang der stationären Welle sind vorzugsweise jeweils Schrauben mit mehrgängigem Trapezgewinde. Da die Schraube mit Innengewinde und die Schraube mit Außengewinde jeweils Schrauben mit Trapezgewinde sind, erhöht sich dadurch die Festigkeit der Schraube mit Innengewinde und der Schraube mit Außengewinde, und da es sich um ein mehrgängiges Gewinde handelt, kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange im Verhältnis zur Motorrotation erhöht werden. Der Außenumfang des Gleitstücks und der Außenumfang der Hülse sind vorzugsweise mittels eines Lagers verschiebbar auf einem Gehäuse der Betätigungsvorrichtung gelagert, und das Kupplungsmittel zur Herstellung der Verbindung zwischen der Hülse und dem Gleitstück weist, damit die Hülse im Verhältnis zum Gleitstück drehbar und in axialer Richtung integral damit bewegbar ist, ein Gleitstücklager auf, und für das Lager, das Gleitstücklager, jedes einzelne Zahnrad des Antriebsradsatzes, die Schraube mit Außengewinde und die Schraube mit Innengewinde werden Werkstoffe oder Teile verwendet, die während des Betriebs nicht geölt werden müssen.
  • Infolgedessen kann die gesamte Betätigungsvorrichtung eine Trockenausführung sein, und es ist von Vorteil, daß keine Wartung erforderlich ist und kein Öl austritt.
  • Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 eine Schnittansicht eines automatischen hydraulischen Druckerzeugers unter Nutzung der Betätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 1 einen automatischen hydraulischen Druckerzeuger in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei eine (nicht dargestellte) Reibungskupplung computergesteuert eingerückt oder ausgerückt wird.
  • Der automatische hydraulische Druckerzeuger umfaßt bei dieser Ausführungsform eine Betätigungsvorrichtung 1, ein die Betätigungsvorrichtung 1 umschließendes Gehäuse 2, einen an der Vorderseite des Gehäuses 2 montierten hydraulischen Hauptzylinder 3 und einen auf der Oberseite des Gehäuses 2 montierten Motor 4. Ebenso ist auf der Oberseite des hydraulischen Hauptzylinders 3 ein Speicherbehälter 5 angeschlossen bzw. angeordnet.
  • Der Motor 4 kann in Vorwärts- und Rückwärtsrotation versetzt werden und wird durch einen (nicht dargestellten) Computer angetrieben und gesteuert.
  • Der hydraulische Hauptzylinder 3 weist auch einen Verbindungsteil 3a auf, der mit der Rohrleitung für einen Betätigungszylinder einer (nicht dargestellten) Reibungskupplung in Verbindung steht. Die Konstruktionen des Motors 4 und des hydraulischen Hauptzylinders 3 sind an sich bekannt, und wenn eine Kolbenstange 6 des hydraulischen Hauptzylinders 3 durch die Betätigungsvorrichtung 1 mittels Motorantrieb 4 nach vorne bewegt wird, erzeugt der hydraulische Hauptzylinder 3 einen hydraulischen Druck und beaufschlagt damit den Betätigungszylinder, und wenn die Kolbenstange 6 zurückbewegt wird, wird der hydraulische Druck abgelassen.
  • Als nächstes wird der Aufbau der Betätigungsvorrichtung 1 beschrieben. Das Gehäuse 2 besteht aus einem vorderen Gehäuseteil 2a und einem hinteren Gehäuseteil 2b, und der hintere Gehäuseteil 2b weist einen teilweise in den vorderen Gehäuseteil 2a vorstehenden zylindrischen Teil 2b1 auf. Innerhalb des vorderen Gehäuseteils 2a steht die Kolbenstange 6 von der Vorderseite aus hervor, und eine koaxial zur Kolbenstange 6 und dieser gegenüber angeordnete stationäre Welle 7 ist mittels einer Befestigungsschraube 8 an dem hinteren Gehäuseteil 2b befestigt und innerhalb eines zylindrischen Teils 2b1 des hinteren Gehäuseteils 2b angeordnet.
  • An der Vorderseite der stationären Welle 7 ist eine mittels einer Keilbahn 10 in axialer Richtung verschiebbare Hülse 9 montiert, und das vordere Ende der Hülse 9 wird an dem gewölbten hinteren Ende der Kolbenstange 6 durch eine aufgeweitete Mutter 11 befestigt und daran festgezogen. Am Innenumfang der Vorderseite des zylindrischen Teils 2b1 des hinteren Gehäuseteils 2b ist ferner ein Lager 12 angebracht, welches verschiebbar in den Außenumfang der Hülse 9 eingreift. Ebenso ist zwischen dem vorderen Ende des zylindrischen Teils 2b1 und einem ringförmigen Flansch 13, welcher an der Innenwand des vorderen Gehäuseteils 2a gegenüber dem zylindrischen Teil 2b1 ausgebildet ist, eine balgförmige Abdeckung 14 angebracht, und der Kupplungsteil der Hülse 9 und die Kolbenstange 6 werden durch die Abdeckung 14 abgeschirmt.
  • Innerhalb des zylindrischen Teils 2b1 des hinteren Gehäuseteils 2b ist das vordere Ende eines Gleitstücks 15 mit dem hinteren Endteil der Hülse 9 so verbunden, daß es im Verhältnis zu der Hülse 9 in axialer Richtung durch ein Gleitstücklager 16 mit Kugellager drehbar und integral mit der Hülse beweglich ist. Der hintere Endteil der Hülse 9 ist also am Innenring des Gleitstücklagers 16 befestigt, und das vordere Ende des Gleitstücks 15 ist an einem Außenring des Gleitstücklagers 16 befestigt. Das Gleitstücklager 16 entspricht dem in Anspruch 1 definierten "Kupplungsmittel". Der Außenumfang des Gleitstücks 15 ist außerdem in einem Lager 17 geführt, welches am Innenumfang des zylindrischen Teils 2b1 angebracht ist.
  • Auf der Rückseite des Gleitstücks 15 sind ein gleitstückseitiges Antriebszahnrad 18 mit Außenumfangszähnen und ein Schraubenelement mit Innengewinde 19, welches am Innenumfang ausgebildet ist, übereinander in axialer Richtung durch die Schrauben 20 - 20 (von denen in der Figur nur eine dargestellt ist) befestigt. Am hinteren Teil der stationären Welle 7, die im Innern des Schraubenelements 19 mit Innengewinde angeordnet ist, ist außerdem ein Schraubenelement 21 mit Außengewinde, welches mit dem Schraubenelement mit Innengewinde 19 im Eingriff steht, mittels eines Befestigungskeils 22 in der Weise befestigt, daß es nicht gedreht werden kann.
  • An der Oberseite der gleitstückseitigen Betätigungsvorrichtung 18 ist ein vorgelegewellenseitiges Antriebszahnrad 23 angeordnet. Die vorgelegewellenseitige Betätigungsvorrichtung 23 ist parallel zur stationären Welle 7 an einer Vorgelegewelle 24 montiert, und die Vorgelegewelle 24 ist an beiden Enden über Kugellager 25, 25 auf dem hinteren Gehäuseteil 2b gelagert. Die vorgelegewellenseitige Betätigungsvorrichtung 23 umfaßt einen ersten, mit dem gleitstückseitigen Antriebszahnrad 18 im Eingriff stehenden Zahnradteil 23a und einen zweiten Zahnradteil 23b von größerem Durchmesser mit einer größeren Anzahl von Zähnen als der erste Zahnradteil 23a. Die Länge des ersten Teils 23a (Länge in axialer Richtung) ist größer als diejenige des gleitstückseitigen Antriebszahnrads 18, und dadurch läßt sich das Gleitstück 15 in axialer Richtung so bewegen, wie es später beschrieben wird. Der zweite Zahnradteil 23b steht auch mit einem motorseitigen Antriebszahnrad 27 im Eingriff, welches über eine Feder 26 auf der Motorwelle 4a des Motors 4 angebracht ist und eine geringere Anzahl an Zähnen aufweist als der zweite Zahnradteil 23b. Das motorseitige Antriebszahnrad 27, das vorgelegewellenseitige Antriebszahnrad 23 und das gleitstückseitige Antriebszahnrad 18 bilden zusammen den Antriebsradsatz, welcher die Rotation des Motors 4 reduziert und die reduzierte Rotation auf das Gleitstück 15 überträgt.
  • Als nächstes wird die Funktionsweise der oben genannten Ausführungsform beschrieben. Außerdem befinden sich in Fig. 1 die Kolbenstange 6, die Hülse 9 und das Gleitstück 15 in der oberen Hälfte in einer Position, bei der sich die Kolbenstange 6 hinten befindet und der ölhydraulische Druck abgelassen ist (Rückwärtsbewegungsposition), und werden in der unteren Hälfte in einer Position dargestellt, bei der sich die Kolbenstange 6 vorne befindet und der ölhydraulische Druck ansteht (Vorwärtsbewegungsposition). Bei der Beschreibung wird von dem Anfangszustand ausgegangen, bei dem sich die Kolbenstange 6 hinten befindet und der ölhydraulische Druck abgelassen ist.
  • Beim Starten des Motors 4 wird zunächst die Rotation des Motors 4 durch den Antriebsradsatz reduziert, welcher das motorseitige Antriebszahnrad 27, das vorgelegewellenseitige Antriebszahnrad 23 und das gleitstückseitige Antriebszahnrad 18 umfaßt, und die reduzierte Rotation wird auf das Gleitstück 15 übertragen. Wenn dann das an dem Gleitstück 15 befestigte Schraubenelement mit Innengewinde 19 und das Schraubenelement mit Außengewinde 21 der stationären Welle 7 miteinander in Eingriff gebracht werden, wird das mit der Rotation verbundene Gleitstück 15 gegenüber der stationären Welle 7 vorwärts (in der Figur nach links) bewegt, und zusammen mit dem Gleitstück 15 werden die Hülse 9 und weiterhin die Kolbenstange 6 vorwärts bewegt, bis sie die in der unteren Hälfte dargestellte Vorwärtsbewegungsposition erreichen, und der ölhydraulische Druck wird in dem hydraulischen Hauptzylinder 3 erzeugt.
  • Um den Übergang vom Zustand der Erzeugung des ölhydraulischen Drucks auf den Zustand der Aufhebung des ölhydraulischen Drucks zu bewirken, wird der Motor 4 als nächstes in der der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzten Richtung in Rotation versetzt. Dann wird das Gleitstück 15 gegenüber der stationären Welle 7 zurück (in der Figur nach rechts) bewegt, und zusammen mit dem Gleitstück 15 werden die Hülse 9 und weiterhin die Kolbenstange 6 zurück bewegt, und es wird der Zustand der Aufhebung des ölhydraulischen Drucks herbeigeführt.
  • Wie oben beschrieben, wird die Reduzierung der Rotation des Motors 4 bei dieser Ausführungsform durch den Antriebsradsatz bewirkt, und die Umwandlung der Drehbewegung in die lineare Bewegung wird durch das Ineinandergreifen des Schraubenelements mit Innengewinde 19 des Gleitstücks 15 und des Schraubenelements mit Außengewinde 21 der stationären Welle 7 bewirkt. Da die Kraftübertragung dabei jeweils durch gegenseitige Linienberührung vonstatten geht, ist der Oberflächendruck des Berührungsteils gering, und damit wird die Haltbarkeit verbessert. Insbesondere kann die Intensität verbessert werden, da das Schraubenelement mit Innengewinde 19 und das Schraubenelement mit Außengewinde 21 der stationären Welle jeweils als Schrauben mit Trapezgewinde ausgeführt sind.
  • Da außerdem die Drehzahlreduktion des Motors 4 durch den Antriebsradsatz bewirkt wird, wird die Anzahl der Zähne des Zahnrads oder die Anzahl der Zahnräder selbst entsprechend eingestellt und damit läßt sich das gewünschte Drehmoment erzeugen.
  • Da die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange 6 im Verhältnis zur Rotation des Motors 4 frei eingestellt werden kann, indem man die Steigung des Schraubenelements mit Innengewinde 19 des Gleitstücks 16 und des Schraubenelements mit Außengewinde 21 der stationären Welle 7 entsprechend einstellt, kann die Kolbenstange 6 mit hohem Drehmoment und hoher Geschwindigkeit betrieben werden. Insbesondere wenn das Schraubenelement mit Innengewinde 19 und das Schraubenelement mit Außengewinde 21 Schrauben mit mehrgängigem Gewinde sind, kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Kolbenstange 6 im Verhältnis zur Rotation des Motors 4 erhöht werden, und in Kombination mit dem oben beschriebenen Aufbau der Schraube mit Trapezgewinde können die Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit und die Verbesserung der Haltbarkeit gleichzeitig erreicht werden.
  • Das motorseitige Antriebszahnrad 27, das vorgelegewellenseitige Antriebszahnrad 23 und das gleitstückseitige Antriebszahnrad 18, wie oben beschrieben, können jeweils aus Nylonharz geformt werden, und bei dem für das Schraubenelement mit Innengewinde 19 und das Schraubenelement mit Außengewinde 21 der stationären Welle 7 verwendeten Material kann es sich um Messing bzw. Kohlenstoffstahl handeln, und das Material der Keilbahn 10 kann Polyimidharz sein, und das Material der Lager 12, 17, die verschiebbar mit dem Außenumfang der Hülse 9 und dem Außenumfang des Gleitstücks 15 in Berührung stehen, kann PTFE-Harz sein. Es ist vorzuziehen, daß das Gleitstücklager 16 zur drehbaren Verbindung der Hülse 9 mit dem Gleitstück 15 und außerdem die Kugellager 25, 25 der Vorgelegewelle 24 Fettinfusionsausführungen sind, wodurch die Betätigungsvorrichtung 1 eine Trockenausführung ist. Infolgedessen liegen die Vorteile darin, daß die Betätigungsvorrichtung 1 wartungsfrei ist und kein Öl austritt.
  • Darüber hinaus kann das Gleitstück 15 bei der oben beschriebenen Ausführungsform, obwohl das Gleitstück 15 und das Schraubenelement mit Innengewinde 19 voneinander getrennt sind und auch die stationäre Welle 7 und das Schraubenelement mit Außengewinde 21 voneinander getrennt sind, selbst eine Schraube mit Innengewinde und die stationäre Welle 7 selbst eine Schraube mit Außengewinde aufweisen.

Claims (5)

1. Betätigungseinrichtung zur Betätigung eines hydraulischen Hauptzylinders (3) mittels Motorantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:
ein Gleitstück (15), welches von einem Motor (4) über einen Antriebsradsatz (27, 23, 18) zum Zweck der Drehzahlreduktion um eine stationäre Welle (7) in Rotation versetzt wird,
eine Schraube mit Innengewinde (19), die an einem Innenumfang des genannten Gleitstücks (15) ausgebildet ist,
eine Schraube mit Außengewinde (21), die an einem Außenumfang der genannten stationären Welle (7) angeordnet ist und mit der genannten Schraube mit Innengewinde (19) in Eingriff steht,
eine Hülse (9), die an einer Kolbenstange (6) des genannten hydraulischen Hauptzylinders (3) befestigt und entlang der genannten stationären Welle (7) in axialer Richtung verschiebbar ist, und
Kupplungsmittel (16) zur Verbindung der genannten Hülse (9) mit dem genannten Gleitstück (15) in der Weise, daß die genannte Hülse und das genannte Gleitstück im Verhältnis zueinander um die axiale Richtung drehbar und in axialer Richtung miteinander integral beweglich sind.
2. Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube mit Innengewinde (19) des genannten Gleitstücks (15) und die Schraube mit Außengewinde (21) am Außenumfang der genannten stationären Welle (7) jeweils Schrauben mit mehrgängigem Trapezgewinde sind.
3. Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Hauptzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des genannten Gleitstücks (15) und der Außenumfang der genannten Hülse (9) in einem Gehäuse (2) der Betätigungseinrichtung mittels Lagern (12, 17) verschiebbar gelagert sind.
4. Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Hauptzylinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Kupplungsmittel (16) zur Verbindung der genannten Hülse (9) mit dem genannten Gleitstück (15) ein Gleitstücklager aufweist.
5. Betätigungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Zahnrad des genannten Antriebsradsatz, die genannte Schraube mit Außengewinde und die genannte Schraube mit Innengewinde sowie für das genannte Lager und das genannte Gleitstücklager, soweit vorhanden, Materialien oder Teile verwendet werden, die nicht geölt werden müssen.
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