WO2011023566A1 - Elektromechanische betätigungsanordnung - Google Patents

Elektromechanische betätigungsanordnung Download PDF

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Gerhard Gumpoltsberger
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Schneider, Benjamin
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Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element of a vehicle transmission according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Clutch actuator z. B. includes a solenoid valve with which a pressure equalization channel between two piston chambers is closed and opened to control the positioning movements. This results in these arrangements, a complicated structure that requires a considerable amount of space.
  • the present invention is based on the object to improve an electromechanical actuator assembly of the type described above such that the most compact design is realized.
  • an electromechanical actuating arrangement for at least one switching element, for example for a power shift element of an automatic transmission of a vehicle with at least one drive device, which has a spindle operation of an actuating device for actuating the switching element drives, wherein the adjusting device comprises a lever mechanism operated via the spindle mechanism and wherein the adjusting device is arranged approximately coaxially with a transmission shaft of the vehicle transmission and radially inwardly or radially outwardly provided by the switching element.
  • the proposed actuator assembly a high translation is applied by means of the toggle mechanism.
  • the electromechanical actuating arrangement can achieve a power saving compared to hydraulic drives by reducing the required hydraulic power.
  • expensive channels and hydraulic components that are required for a hydraulic drive can be omitted.
  • Another advantage is that with the actuator assembly according to the invention, a start-stop function of an internal combustion engine and a hybrid drive can be realized.
  • the toggle mechanism comprises a toggle which is actuated via an axially movable from the spindle drive ramp contour or the like, that the toggle is spread radially, so that coupled to the toggle lever the switching element or can operate the multi-plate clutch.
  • a possible embodiment of the invention can provide that the toggle is spread radially outward by means of the ramp contour when the actuator is disposed radially within a disc carrier of the switching element designed as a multi-disc clutch, so that the lever presses the plates of the multi-plate clutch with the applied force to each other or the multi-plate clutch closes. If the adjusting device is arranged radially outside of the disk carrier of the multi-plate clutch, the toggle lever can be spread inwards by means of the ramp contour, so that the lever closes the multi-plate clutch.
  • the toggle lever can be spread inwards by means of the ramp contour, so that the lever closes the multi-plate clutch.
  • the toggle lever of the toggle mechanism is designed as at least one rotationally symmetrical, bendable sheet metal or the like.
  • a multi-part component can be used as a toggle lever, in which then the parts are connected to each other, for example via joints.
  • the knee lever is designed so that it has an infinitely large holding function in its dead center.
  • the lever of the lever mechanism for actuating the disk set of the multi-plate clutch is arranged coaxially to this and preferably designed as an annular, bendable sheet metal.
  • the lever can be operated in the simplest manner on the likewise coaxially arranged toggle.
  • a first end of the lever may be coupled to the toggle lever and a second end of the lever may be associated with the multi-plate clutch, the lever being supported fixedly between its ends in order to enable the lever function.
  • the toggle mechanism is coupled via the ramp contour with the spindle drive.
  • the ramp contour can be formed by a ball ramp or the like
  • the first ring half are coupled with the spindle drive and the second ring half via a wedge-shaped element or the like with the toggle lever.
  • the two ring halves can, for example, be rotatably supported on one another via at least one rolling element, so that the wedge-shaped element is moved accordingly by an axial adjustment of the spindle drive, so that a radially directed force can be transmitted to the knee lever for spreading.
  • the proposed electromechanical actuator assembly may be used to actuate power shift elements in automatic transmissions.
  • the proposed electromechanical actuator assembly may be used to actuate power shift elements in automatic transmissions.
  • Figure 1 is a schematic representation of the general principle of action of an actuating arrangement according to the invention.
  • Figure 2 is a partial sectional view of a first possible embodiment of the actuator assembly according to the invention in a transmission housing of a vehicle;
  • Figure 3 is a sectional partial view of a second possible embodiment of the actuator assembly according to the invention in the transmission housing of a vehicle.
  • FIG. 1 the general operating principle of the proposed electromechanical actuator assembly is outlined. From this illustration it follows that the actuating arrangement with a drive device designed as an electric motor 1 drives a spindle drive 2 of an actuating device for actuating a switching element, which is exemplified in the drawings as a multi-disc clutch 3.
  • the adjusting device further comprises an actuated via the spindle drive 2 toggle mechanism 4.
  • the toggle mechanism 4 is a ramp contour of the Spindle drive 2 radially spread to act on the multi-plate clutch 3 with a predetermined force (F La m e ii e ).
  • the adjusting device in the actuator assembly according to the invention, can be arranged approximately coaxially with a transmission shaft 5 of the vehicle transmission, wherein the adjusting device is provided radially inside or radially outside relative to the multi-plate clutch 3. In this way, a space-reduced arrangement and at the same time results due to the toggle mechanism used a large translation for actuating the multi-plate clutch. 3
  • FIG. 2 shows a first possible embodiment of the proposed actuating arrangement is shown, in which the adjusting device is arranged radially within the disk carrier 5 of the multi-plate clutch 3.
  • a second embodiment variant is shown in Figure 3, in which the entire actuator assembly is disposed radially outside of the disk carrier 5 of the multi-plate clutch 3.
  • the toggle mechanism 4 includes a toggle lever 6 which is actuated by a spindle drive 2 axially movable ramp contour such that the toggle lever 6 is spread radially, so that coupled to the toggle lever 6 lever 7, the multi-plate clutch 3 is actuated.
  • the toggle 6 is designed as a rotationally symmetrical, bendable sheet metal.
  • the lever 7 is provided as an annular bendable sheet. Both the lever 7 and the knee lever 6 are each arranged coaxially with the multi-plate clutch 3.
  • the ramp contour is formed by a ball lamp 8, the first ring half 9 is coupled to the spindle drive 2 and the second ring half 10 via a wedge-shaped element 1 1 with the toggle lever 6.
  • the two ring halves 9,10 are rotatably mounted on each other via rolling elements 12.
  • the toggle mechanism 4 is integrated into the space between the plate carrier 13 and the transmission shaft 5, there is a small required space.
  • the entire actuator assembly can be arranged radially outside, so as to save space in the interior of the transmission.

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Abstract

Es wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagenen, die einen Spindeltrieb (2) einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, wobei die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb (2) betätigte Kniehebelmechanik (4) umfasst, und wobei die Stelleinrichtung in etwa koaxial zur einer Getriebewelle (5) des Fahrzeuggetriebes und radial innen oder radial außen zu dem Schaltelement angeordnet ist.

Description

Elektromechanische Betätiqunqsanordnunq
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 pneumatisches 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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen ergeben.
Somit wird eine elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement, z.B. für ein Lastschaltelement eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Antriebseinrichtung vorgeschlagen, die einen Spindel- trieb einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, wobei die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb betätigte Kniehebelmechanik umfasst und wobei die Stelleinrichtung in etwa koaxial zu einer Getriebewelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet und radial innen oder radial außen von dem Schaltelement vorgesehen ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine bauraumsparende Ausgestaltung der Betätigungsanordnung, da z. B. vorhandener, nicht genutzter Bauraum zum Anordnen der Stelleinrichtung verwendet werden kann. Durch die koaxial zur Getriebewelle angeordnete Stelleinrichtung ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise, wodurch insgesamt ein Minimum an Bauraum zum Unbringen der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung erforderlich ist. Es sind jedoch auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, die ebenfalls den erforderlichen Bauraum reduzieren können.
Darüber hinaus wird bei der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung eine hohe Übersetzung mithilfe der Kniehebelmechanik aufgebracht. Durch die elektrome- chanische Betätigungsanordnung kann eine Leistungseinsparung gegenüber hydraulischen Antrieben durch Verringerung der erforderlichen hydraulischen Leistung erreicht werden. Zudem ergibt sich eine bedarfsgerechte Leistungsanpassung der E- nergieversorgung 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 Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kniehebelmechanik einen Kniehebel umfasst, der über eine von dem Spindeltrieb axial bewegbare Rampenkontur oder dergleichen derart betätigt wird, dass der Kniehebel radial gespreizt wird, so dass ein mit dem Kniehebel gekoppelter Hebel das Schaltelement beziehungsweise die Lamellenkupplung betätigen kann. Mit der vorgesehenen Hebelkombination von Kniehebel und Hebel ergibt sich nicht nur eine große Übersetzung, sondern es ist auch keine Stellkraft notwendig, wenn sich der Hebel in seinem Totpunkt befindet.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kniehebel radial nach außen mittels der Rampenkontur gespreizt wird, wenn die Stelleinrichtung radial innerhalb eines Lamellenträgers der als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung angeordnet ist, so dass der Hebel die Lamellen der Lamellenkupplung mit der aufgebrachten Stellkraft aneinander presst beziehungsweise die Lamellenkupplung schließt. Wenn die Stelleinrichtung radial außerhalb des Lamellenträgers der Lamellenkupplung angeordnet ist, kann der Kniehebel nach innen mittels der Rampenkontur gespreizt werden, so dass der Hebel die Lamellenkupplung schließt. Es sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen möglich, um die Betätigung der Lamellenkupplung besonders bauraumsparend zu realisieren.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung kann in vorteilhafter weise vorgesehen sein, dass der Kniehebel der Kniehebelmechanik als zumindest ein rotationssymmetrisches, biegbares Blech oder dergleichen ausgebildet ist. Beispielsweise kann auch ein mehrteiliges Bauteil als Kniehebel verwendet werden, bei dem dann die Teile zum Beispiel über Gelenke miteinander verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist es, dass der Kniehebel so ausgeführt ist, dass er in seinem Totpunkt eine unendlich große Haltefunktion aufweist.
Der Hebel der Hebelmechanik zum Betätigen des Lamellenpaketes der Lamellenkupplung ist zu dieser koaxial angeordnet und vorzugsweise als ringförmiges, biegbares Blech ausgeführt. Auf diese Weise kann der Hebel auf einfachste Weise über den ebenfalls koaxial angeordneten Kniehebel betätigt werden. Beispielsweise kann dazu ein erstes Ende des Hebels mit dem Kniehebel gekoppelt und ein zweites Ende des Hebels der Lamellenkupplung zugeordnet sein, wobei der Hebel zwischen seinen Enden gehäusefest abgestützt ist, um die Hebelfunktion zu ermöglichen.
Zum radialen Spreizen des Kniehebels ist die Kniehebelmechanik über die Rampenkontur mit dem Spindeltrieb gekoppelt. Vorzugsweise kann die Rampenkontur durch eine Kugelrampe oder dergleichen gebildet werden, deren erste Ringhälfte mit dem Spindeltrieb und deren zweite Ringhälfte über ein keilförmiges Element oder dergleichen mit dem Kniehebel gekoppelt sind. Die beiden Ringhälften können beispielsweise über zumindest ein Wälzkörper verdrehbar aneinander gelagert sein, so dass durch eine axiale Verstellung des Spindeltrieb auch das keilförmige Element entsprechend bewegt wird, so dass eine radial ausgerichtete Kraft auf den Kniehebel zum Spreizen desselben übertragen werden kann.
Vorzugsweise kann die vorgeschlagene elektromechanische Betätigungsanordnung zum Betätigen von Lastschaltelementen in Automatgetriebe verwendet werden. Es sind auch andere Einsatzmöglichkeiten denkbar.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung; und
Figur 2 eine geschnittene Teilansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in einem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges; und
Figur 3 eine geschnittene Teilansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in dem Getriebegehäuse eines Fahrzeuges.
In Figur 1 ist das allgemeine Wirkprinzip der vorgeschlagenen elektromecha- nischen Betätigungsanordnung skizziert. Aus dieser Darstellung ergibt sich, dass die Betätigungsanordnung mit einem als Antriebseinrichtung ausgebildeten Elektromotor 1 einen Spindeltrieb 2 einer Stelleinrichtung zum Betätigen eines Schaltelements antreibt, welches in den Zeichnungen beispielhaft als Lamellenkupplung 3 ausgebildet ist. Die Stelleinrichtung umfasst ferner eine über den Spindeltrieb 2 betätigte Kniehebelmechanik 4. Die Kniehebelmechanik 4 wird über eine Rampenkontur von dem Spindeltrieb 2 radial gespreizt, um die Lamellenkupplung 3 mit einer vorbestimmten Stellkraft (FLameiie) zu beaufschlagen.
Wie insbesondere aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, kann bei der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung die Stelleinrichtung in etwa koaxial zur einer Getriebewelle 5 des Fahrzeuggetriebes angeordnet werden, wobei die Stelleinrichtung radial innen oder radial außen bezogen auf die Lamellenkupplung 3 vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine bauraumreduzierte Anordnung und zugleich aufgrund der verwendeten Kniehebelmechanik eine große Übersetzung zum Betätigen der Lamellenkupplung 3.
In Figur 2 ist eine erste mögliche Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung dargestellt, bei der die Stelleinrichtung radial innerhalb des Lamellenträgers 5 der Lamellenkupplung 3 angeordnet ist. Demgegenüber ist in Figur 3 eine zweite Ausführungsvariante dargestellt, bei der die gesamte Betätigungsanordnung radial außerhalb des Lamellenträgers 5 der Lamellenkupplung 3 angeordnet ist.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante umfasst die Kniehebelmechanik 4 einen Kniehebel 6 der über eine von dem Spindeltrieb 2 axial bewegbare Rampenkontur derart betätigt wird, dass der Kniehebel 6 radial gespreizt wird, so dass ein mit dem Kniehebel 6 gekoppelter Hebel 7 die Lamellenkupplung 3 betätigt. Der Kniehebel 6 ist als rotationssymmetrisches, biegbares Blech ausgeführt. Der Hebel 7 ist als ringförmiges biegbares Blech vorgesehen. Sowohl der Hebel 7 als auch der Kniehebel 6 sind jeweils koaxial zu der Lamellenkupplung 3 angeordnet.
Die Rampenkontur wird durch eine Kugellampe 8 gebildet, deren erste Ringhälfte 9 mit dem Spindeltrieb 2 und deren zweite Ringhälfte 10 über ein keilförmiges Element 1 1 mit dem Kniehebel 6 gekoppelt ist. Die beiden Ringhälften 9,10 sind über Wälzkörper 12 verdrehbar aneinander gelagert. Durch die axiale Verschiebung des Spindeltriebs 2 wird auch das keilförmige Element 1 1 axial bewegt, so dass der Kniehebel aufgrund der sich verändernden Steigung entlang des Keilelements 1 1 radial gespreizt wird. Somit ist das Hebelelement 6 als rotationssymmetrisches EIe- ment auf dem Steigungskonzept, welches durch den Spindeltrieb 2 und die Rampenkontur gebildet wird, geführt. Die Steuerung der Betätigungsanordnung erfolgt somit über die Verschiebung des Steigungskonzepts in axialer Richtung.
Da bei der ersten Ausführungsvariante zumindest die Kniehebelmechanik 4 in den Bauraum zwischen dem Lamellenträger 13 und der Getriebewelle 5 integriert wird, ergibt sich ein geringer erforderlicher Bauraum. Bei der zweiten Ausführungsvariante ergibt sich der Vorteil, dass die komplette Betätigungsanordnung radial außerhalb angeordnet werden kann, um somit im Inneren des Getriebes Bauraum einzusparen. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante überträgt der Kniehebel 6 die auf ihn übertragende Stellkraft über eine Hebelübersetzung auf das Lamellenpaket der Lamellenkupplung 3, wodurch sich eine hohe Übersetzung ergibt. Der Hebel 7 ist deshalb etwa mittig zwischen seinen Enden an dem Getriebegehäuse 14 abgestützt.
Bezuqszeichen
Elektromotor
Spindeltrieb
Lamellenkupplung
Kniehebelmechanik
Getriebewelle
Kniehebel
Hebel
Kugelrampe
erste Ringhälfte
zweite Ringhälfte
keilförmiges Element
Wälzkörper
Lamellenträger
Getriebegehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Betätigungsanordnung für zumindest ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, die einen Spindeltrieb (2) einer Stelleinrichtung zum Betätigen des Schaltelements antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung eine über den Spindeltrieb (2) betätigte Kniehebelmechanik (4) umfasst, und dass die Stelleinrichtung in etwa koaxial zur einer Getriebewelle (5) des Fahrzeuggetriebes und radial innen oder radial außen bezogen auf das Schaltelement angeordnet ist.
2. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kniehebel (6) der Kniehebelmechanik (4) über eine von dem Spindeltrieb (2) axial bewegbare Rampenkontur derart betätigbar ist, dass der Kniehebel (6) radial spreizbar ist, so dass ein mit dem Kniehebel (6) gekoppelter Hebel (7) das Schaltelement betätigt.
3. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) bei einer radial innerhalb einer als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung (3) angeordneten Stelleinrichtung radial nach außen mittels der Rampenkontur spreizbar ist, so dass der Hebel (7) die Lamellenkupplung (3) mit der aufgebrachten Stellkraft schließt.
4. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) bei einer radial außerhalb einer als Schaltelement ausgebildeten Lamellenkupplung (3) angeordneten Stelleinrichtung radial nach innen mittels der Rampenkontur spreizbar ist, so dass der Hebel (7) die Lamellenkupplung (3) mit der aufgebrachten Stellkraft schließt.
5. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kniehebel (6) als zumindest ein rotationssymmetrisches, biegbares Blech ausgebildet ist.
6. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (7) als ringförmiges biegbares Blech ausgebildet ist.
7. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende des Hebels (7) mit dem Kniehebel (6) gekoppelt und ein zweites Ende des Hebels (7) dem Schaltelement zugeordnet ist, wobei der Hebel (7) zwischen seinen Enden gehäusefest abgestützt ist.
8. Elektromechanische Betätigungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur durch eine Kugelrampe (8) gebildet ist, deren erste Ringhälfte (9) mit dem Spindeltrieb (2) und deren zweite Ringhälfte (10) über ein keilförmiges Element (1 1 ) mit dem Kniehebel (6) gekoppelt sind, wobei die beiden Ringhälften (9, 10) über zumindest ein Wälzkörper (12) verdrehbar aneinander gelagert sind.
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