AT7580U1 - Haltender aktuator für eine mechanische vorrichtung und steuerbare reibungskupplung mit einem solchen - Google Patents

Abstract

Eine mechanische Vorrichtung, insbesondere eine steuerbare Reibungskupplung mit einem haltenden Aktuator besteht aus einem Primärteil (10), einem Sekundärteil (11) mit Sekundärwelle und Sekundärlamellen mit einer Andruckplatte (12) und einer Feder (18) und weiters aus einem Aktuator (1) mit einer Steuerkurve. Damit der Aktuator jede Stellung ohne äussere Kraft halten kann, weist die Steuerkurve (23,24) und/oder der Körper (21,22) eine Anzahl Unstetigkeiten (40; 59; 70; 83) auf, die eine Anzahl lokaler Minima (41) bilden, denen Haltestellungen des Aktuators (1) entsprechen. Die Unstetigkeiten (40) die Steuerkurve (23,24) sind Berge (40) und Täler (41), wobei in den Tälern (41) die Rückstellkräfte kleiner als auf den benachbarten Bergen (40) sind.

Description

AT 007 580 U1

Die Erfindung betrifft einen haltenden Aktuator für eine mechanische Vorrichtung, der einen Motor und mindestens ein Übertragungsglied aufweist, das mittels einer Steuerkurve und eines mit dieser zusammenwirkenden Körpers eine rotatorische in eine translatorische Bewegung/Kraft umsetzt, welche translatorische Kraft gegen die Kraft einer Feder auf die mechanische Vorrichtung 5 wirkt. Die mechanische Vorrichtung kann ein Fensterheber, eine Sitzverstellung oder irgendein Hilfsmechanismus in einem Kraftfahrzeug sein, insbesondere ist gedacht an eine steuerbare Reibungskupplung, welche im Wesentlichen aus einem Primärteil mit Primärwelle und Primärlamellen, einem Sekundärteil mit Sekundärwelle und Sekundärlamellen und einer Andruckplatte besteht, die die Primär- und Sekundärlamellen gegen die Kraft einer Feder oder mehrerer Federn 10 in reibschlüssige Verbindung drückt, und wobei der Aktuator eine translatorische Kraft auf die Andruckplatte ausübt.

An Verstellmechanismen, insbesondere auch an steuerbare Kupplungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen werden besondere Ansprüche gestellt. Sie müssen unter anderem nach vollzogener Einstellung - bei einer Kupplung insbesondere auf ein bestimmtes zu übertragendes Drehmo-15 ment - festgelegt werden können, das heisst ihre Stellung auch unter Krafteinwirkung beibehalten. Kupplungen müssen in gewissen Situationen auch schnell gesteuert beziehungsweise geschaltet werden können.

Zum Halten einer Einstellung unter Krafteinwirkung gibt es allgemein drei Möglichkeiten: - Erstens: Der Übertragungsmechanismus ist selbsthemmend, etwa ein hoch übersetztes 20 Schneckengetriebe. Das aber verschlechtert den Wirkungsgrad erheblich und erfordert einen leistungsstärkeren, größeren, Motor. Schnelle Verstellung erfordert zusätzliche Maßnahmen. - Zweitens: Der Motor bleibt auch in der jeweiligen Stellung unter Strom, einem Haltestrom. Der ist zwar kleiner, muss aber sehr genau eingestellt sein. 25 - Drittens: Eine zusätzliche Bremse, die den Bauaufwand beträchtlich erhöht und eigens an gesteuert werden muss.

Also sind alle drei Möglichkeiten unbefriedigend, unabhängig davon, von welcher Art oder der Bauweise der Stellmotor ist.

Es ist daher die von der Erfindung zu lösende Aufgabe, einen Aktuator vorzuschlagen, der in 30 möglichst einfacher Weise das Halten einer angefahrenen Stellung unter Last ohne die obigen Nachteile erlaubt. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Steuerkurve oder der Körper eine Anzahl Unstetigkeiten aufweisen, die im Verlauf der von der Stellung des Aktuators abhängigen von der mindestens einen Feder ausgeübten Rückstellkraft eine Anzahl lokaler Minima bewirken, denen Haltestellungen entsprechen. 35 Wo nach dem Stand der Technik mit elektrischem Strom bezahlte äussere Kräfte zum Halten herangezogen werden müssen, werden nach dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedankenblitz die Rückstellkräfte der in der mechanischen Vorrichtung bereits vorhandenen Federn selbst zum Halten genutzt. Diese Rückstellkräfte haben energetisch betrachtet ein Potential, dessen Wert in Abhängigkeit von der Aktuatorposition variiert. In der Anfangsstellung (insbesondere bei ganz 40 geöffneter Endstellung der Kupplung) ist das Potential ein Minimum. Je weiter die Verstellung gegen Federkraft erfolgt ist (je geschlossener die Kupplung) desto höher ist das Potential. Die Verhältnisse können aber, abhängig von der Wirkungsrichtung der Feder, auch umgekehrt sein.

Bei Verwendung einer Steuerkurve irgendwo im Aktuator hat diese nach dem Stand der Technik zwischen dem Maximum und dem Minimum einen im Wesentlichen stetigen Verlauf. Hier setzt 45 die Erfindung an. Wenn man dazwischen kleine örtliche Minima - sozusagen Zwischenminima -schafft, so hält der Aktuator auch in diesen Zwischenpositionen ohne äussere Krafteinwirkung seine Position. Betätigungskräfte sind dann nötig, um die an das Zwischenminimum anschließenden Berge zu überwinden. Die müssen nicht hoch sein. Solange nur genug solcher Zwischenminima vorhanden sind, gibt es genug mögliche Haltepositionen und sind auch durch entsprechende 50 Wahl der Geschwindigkeit des Stellmotors Schwingungen bei größeren Stellbewegungen vermeidbar.

Zur Umsetzung dieses Grundgedankens gibt es verschiedene Wege. Einer besteht darin, dem auf der Steuerkurve abrollenden Körper eine polygonale Kontur zu geben (Anspruch 2). Wenn ein bestehender Aktuator nach dem Stand der Technik bereits einen auf einen Steuerkurve rollenden 55 Körper vorsieht, braucht dieser nur polygonalisiert zu werden. 2 AT 007 580 U1

Ein anderer Weg besteht darin, die Steuerkurve mit Unstetigkeiten zu versehen, die Berge und Täler bilden, wobei in den Tälern die Rückstellkräfte kleiner als auf den benachbarten Bergen sind (Anspruch 3). In diesem Fall kann der Körper auf der Steuerkurve einfach gleiten. Aber auch ein rollender Körper ist möglich. Es besteht große Freiheit in der Wahl der Form dieser Täler entspre-5 chend den kinematischen und den spezifischen Anforderungen.

Schließlich können, als Mittelweg, auch Steuerkurve und Körper Unstetigkeiten aufweisen, die Steuerkurve treppenförmige Unstetigkeiten und der auf der Steuerkurve abrollende Körper eine polygonale Kontur (Anspruch 4). Dann sind die Abstände und Konturen auf den beiden zusammenwirkenden Teilen aufeinander abzustimmen und kann die Höhe der Berge durch Abrundung 10 der Kanten angepasst werden.

Vereinfacht ausgedrückt können die Steuerkurven in einer Ebene oder auf einem Zylindermantel sein, je nach kinematischen Anforderungen des Aktuators und je nach Raumangebot. Dann liegt die Steuerkurve entweder in einer um eine Achse rotierenden achsnormalen Ebene (Anspruch 5), wobei für die Betätigung der Scherenhebel zweier Rampenringe, wie sie zur Umsetzung einer 15 Drehbewegung in eine linear wirkende große Kraft gerne verwendet werden, insbesondere in der achsnormalen Ebene zwei gegeneinander versetzte Steuerkurven vorgesehen sind (Anspruch 6), oder die Steuerkurve liegt auf einer von einer um eine Achse rotierenden Erzeugenden erzeugten Mantelfläche, insbesondere einer Zylinderfläche (Anspruch 7). Als eine solche gedachte Mantelfläche können die Rampenringe mit dazwischen liegenden Kugeln betrachtet werden. 20 Der Erfindungsgedanke kann so auf Aktuatoren der verschiedensten Bauarten angewendet werden; sowohl bei solchen mit einem auf die mechanische Vorrichtung (insbesondere die Andruckplatte einer Reibungskupplung) wirkenden Einrückhebel (Anspruch 8), als auch bei solchen mit einer die Steuerkurve tragenden rotierbaren Trommel als Übertragungsglied ohne gegeneinander verdrehbare Rampenringe (Anspruch 9), oder auch mit gegeneinander verdrehbaren Rampen-25 ringen, deren Rampen selbst als die Steuerkurven ausgebildet sind (Anspruch 10). Das heisst, die erfindungsgemäße Gestalt der Steuerkurve beziehungsweise des Körpers kann bei Aktuatoren mit mehreren Übertragungsgliedern an verschiedenen Stellen eingesetzt werden. Insbesondere ist die mechanische Vorrichtung die Andruckplatte einer Reibungskupplung (Anspruch 11).

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines Anwendungsbeispieles des 30 erfindungsgemäßen Aktuators, nämlich einer Reibungskupplung beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1: Eine erste Ausführungsform,

Fig. 2: eine zweite Ausführungsform,

Fig. 3: Detail A in Fig. 1, die Erfindung deutlich zeigend, ebenso 35 Fig. 4: Detail B in Fig. 1, erste Variante,

Fig. 5: Detail B in Fig. 1, zweite Variante,

Fig. 6: Detail B in Fig. 1, dritte Variante,

Fig. 7: Vergleich der Potentialkurven.

In Fig. 1 ist der Aktuator summarisch mit 1 und die Kupplung mit 2 bezeichnet. Der Aktuator 1 40 setzt sich aus einem von einem Steuergerät 3 angesteuerten Stellmotor 4, einem Übertragungsmechanismus 5 (zum Beispiel einem Untersetzungsgetriebe) und einem Stellglied 6 zusammen, mittels welchem an der Kupplung 2 eine bestimmte Anpresskraft beziehungsweise ein bestimmtes zu übertragendes Drehmoment eingestellt wird. Das von der Kupplung 2 zu übertragende Drehmoment wird vom Steuergerät 3 aus fahrdynamischen Größen ermittelt, und über die Stromzufuhr 45 zum Stellmotor 4 entsprechend eingestellt.

Die Kupplung 2 selbst, eine Lamellen- oder Mehrscheibenkupplung, ist nur schematisch dargestellt, weil von der üblichen Bauweise. Sie besteht aus einem Primärteil 10 mit Primärwelle und Primärlamellen und aus einem Sekundärteil 11 mit einem Sekundärteil und Sekundärlamellen. Die abwechselnden Lamellen beider Teile 10,11 sind mittels einer Andruckplatte 12 zusammenpress-50 bar, auf die ein Stellglied 6 wirkt. Das Stellglied 6 besteht hier aus einem ersten Rampenring 13 und einem zweiten Rampenring 14 mit dazwischen liegendem Rollkörper, beispielsweise Kugeln, 15. Mit 16,17 sind Drucklager angedeutet, die die Rampenringe gegenüber nicht oder mit anderer Drehzahl umlaufenden Teilen abstützen.

Die Rampenringe 13, 14 oder zumindest einer der beiden, haben hier in Fig. 1 noch nicht sicht-55 bare Rampen, deren Steigung in Umfangsrichtung verläuft. Diese Rampen stellen Steuerkurven 3 AT 007 580 U1 dar, die in einem gedachten Zylinder mit der Achse der Kupplung als Achse und einer strichliert eingezeichneten Erzeugenden 26. Diese Erzeugende erzeugt einen gedachten Zylindermantel, der in den Darstellungen der Fig.4 bis Fig.6 in die Bildebene entrollt ist.

Im Lösesinn wirkende Druckfedern 18 sind zwischen den Lamellen der Kupplung angeordnet. 5 Zum Erhöhen des übertragenen Momentes drückt die Andruckplatte 12 die Lamellen gegen die Kraft dieser Federn 18 zusammen. An Stelle der Federn zwischen den Lamellen der Kupplung könnte auch eine einzige Kupplungsfeder vorgesehen sein. An den Rampenringen 13,14 sitzen Arme 19,20, an deren Ende Körper 21,22 angeordnet sind, die mit am Umfang einer Steuertrommel 25 ausgebildeten Steuerkurven 23,24 Zusammenwirken. 10 In der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Aktuator anders ausgebildet. Er besteht aus einem rotierendem Druckring 27 mit einer Umfangsnut 28, aus einem zweiarmigen Hebel 30, der in einem Punkt 31 gehäusefest gelagert ist und an einem Ende eine Schaltgabel mit in die Ringnut 28 eingreifenden Gleitsteinen 29 und am anderen Ende einen Körper 32 hat, der mit einer Scheibe 34 zusammenwirkt. Die Scheibe 34 wird von einem Elektromotor 4 über ein Untersetzungsgetriebe 5 15 gesteuert in Drehung versetzt. An der Peripherie der Scheibe 34 ist eine Steuerkurve 33 ausgebildet, in die der Körper 32 des Einrückhebels 30 eingreift beziehungsweise an der er angreift.

Fig. 3 zeigt die Steuertrommel 25 der Fig. 1 in Stirnansicht. Die Steuerkurven 23, 24 sind erfindungsgemäß ausgebildet. Zum Vergleich ist strichliert der stetige Verlauf der Steuerkurve 23* nach dem Stand der Technik eingezeichnet. Die erfindungsgemäße Steuerkurve 23 besteht aus aufein-20 ander folgenden Bergen 40 und Tälern 41. In einem der Täler 41 ruht der mit der Steuerkurve 23 zusammenwirkende Körper 21, der ein Gleitkörper oder ein Rollkörper sein kann. Dabei wird der Körper 21 von den Federn 18 (Fig.1) der Kupplung 2 an die Steuerkurve 23 angedrückt. Er ruht in einer Talmulde 41. Um aus dieser zu gelangen, müsste er gegen die Kraft der Kupplungsfedern 18 über einen dieser beiden Berge 40 klettern. Er wird somit von den Kupplungsfedern in dieser 25 Position gehalten, solange auf die Steuertrommel 25 kein vom Stellmotor 4 ausgehendes Drehmoment einwirkt.

In Fig. 3 sind zwei Steuerkurven 23, 24 um 180 Winkelgrade zueinander versetzt angeordnet, um die beiden Scherenhebel 19, 20 gegengleich bewegen zu können. Die beiden Steuerkurven 23, 24 können auch in Axialrichtung gegeneinander versetzt sein. Ansonsten kann die Steuertrommel 30 25 eine Scheibe sein, an deren Peripherie die beiden Steuerkurven ausgebildet sind. Wenn man sich in Fig.3 die linke Bildhälfte wegdenkt und nur die Steuerkurve 23 betrachtet, so erhält man eine Ansicht in Achsrichtung der Steuerscheibe 34 der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausbildung einer Steuerkurve auf einer im wesentlichen zylindrischen Fläche beziehungsweise in einem Schnitt nach einem Zylinder, in die Zeichnungsebene 35 auseinandergerollt. Die Steuerkurve kann die Bahn eines der beiden Rampenringe 13,14 der Fig.1 sein, oder eine andere Steuerkurve oder Kulisse aus einem anders aufgebauten Aktuator. Die Steuerkurve 48 ist hier eine stetige Kurve wie in dem Stand der Technik, zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips ist der Körper 49 polygonal ausgebildet, im Bild als Oktogon, es könnte auch eine beliebige höhere Zahl an Seiten sein, wobei die Ecken 50 des Körpers 49 den 40 Bergen und die Flächen 51 des Körpers 49 den Tälern dazwischen entsprechen.

In Fig. 5 ist es die Steuerkurve 58, die in Bergen 59 und dazwischenliegenden Tälern 60 verlauft. Ein Körper 61, der ein Rollkörper oder ein Gleitkörper sein kann, wirkt mit dieser Steuerkurve 58 zusammen. Für den Fall, dass es sich um die beiden Rampenringe 13, 14 der Fig. 1 handelt, genügt es, die Steuerkurve nur auf einem Rampenring 14 auszuführen und auf dem anderen 45 Rampenring 13 eine stetig verlaufende oder gar eine steigungslose Bahn 62 vorzusehen. Die erfindungsgemäße Steuerkurve 58 könnte auch auf dem anderen (13) der beiden Rampenringe ausgeführt sein. Eine derartige bei Drehung in Richtung der Drehachse wirkender Steuerkurve kann aber auch in Aktuatoren anderer Bauart eingesetzt werden. Da der Roll- oder Gleitkörper 61 von der Feder 18 der Kupplung belastet ist, genügt dann eine einzige Steuerkurve 58. 50 In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zu sehen, bei dem eine Steuerkurve 68 aus einander abwechselnden Ebenen 69 und Rampen 70 zusammengesetzt ist, und mit einem polygonalen Rollkörper 71 zusammenwirkt. Dessen Polygonseiten sind ebenso lange wie die Ebenen 69 und die Rampen 70. Auch stimmen die Winkel der Polygonseiten mit den Winkeln zwischen den Ebenen 69 und den Rampen 70 überein, sodass die Ecken 72 des Polygons in den Schnittpunkten 55 zwischen Ebene 69 und Rampe 70 beim Abrollen zu liegen kommt. 4

Claims (11)

1. AT 007 580 U1 Fig. 7 schließlich veranschaulicht den Grundgedanken der Erfindung. Dabei entspricht das linke Diagramm dem Stand der Technik und das rechte Diagramm zeigt das der Erfindung zugrundeliegende Konzept. Im linken Diagramm ist auf der Ordinate der Weg des Aktuators und auf der Abszisse die in Rückstellkräften der Kupplung ruhende potenzielle Energie dargestellt. Die Kurve 5 80 verläuft stetig. Die Kurve 81 im rechten Diagramm besteht aus Tälern 82 und Bergen 83. Es ist zu erkennen, dass die Täler 82 lokale Minima der potenziellen Energie haben und daher jedem Tal 82 eine mögliche Halteposition des Aktuators ist, in der er ohne Fremdkräfte in seiner Position festgehalten ist. 10 ANSPRÜCHE: 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Haltender Aktuator für eine mechanische Vorrichtung, der einen Motor und mindestens ein Übertragungsglied aufweist, das mittels einer Steuerkurve und eines mit dieser zusammenwirkenden Körpers eine rotatorische in eine translatorische Bewegung/Kraft umsetzt, welche translatorische Kraft gegen die Kraft einer Feder (18) auf die mechanische Vorrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (23,24; 33; 58; 68) und/oder der Körper (49; 71) eine Anzahl Unstetigkeiten (40; 59; 70; 83) aufweisen, die im Verlauf der von der Stellung des Aktuators abhängigen und von der Kraft der Feder (18) ausgeübten Rückstellkräfte eine Anzahl lokaler Minima (41; 60; 82) bewirken, denen Haltestellungen des Aktuators (1) entsprechen.
2. 2. Haltender Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Steuerkurve (48;68) abrollende Körper (49; 71) eine polygonale Kontur (50,51) aufweist.
3. 3. Haltender Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (23,24; 58; 68) Unstetigkeiten (40; 59; 70; 83) aufweist, die Berge (40; 59; 83) und Täler (41; 60; 82) bilden, wobei in den Tälern die Rückstellkräfte kleiner als auf den benachbarten Bergen sind.
4. 4. Haltender Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (68) treppenförmige Unstetigkeiten (69,70) aufweist und der auf der Steuerkurve (68) abrollende Körper (49; 71) eine polygonale Kontur aufweist.
5. 5. Haltender Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (33) in einer um eine Achse rotierenden achsnormalen Ebene liegt.
6. 6. Haltender Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der achsnormalen Ebene zwei gegeneinander versetzte Steuerkurven (23,24) sind.
7. 7. Haltender Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (48; 58; 68) in einer von einer um eine Achse rotierenden Erzeugenden (26) beschriebenen Mantelfläche liegt.
8. 8. Haltender Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Übertragungsglied eine rotierbare Kurvenscheibe (34) mit einer Steuerkurve (33) hat, und der mit ihr zusammenwirkende Körper (32) an einem Einrückhebel (30) befestigt ist, der auf die mechanische Vorrichtung (12) wirkt. (Fig.2)
9. 9. Haltender Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der. Aktuator als Übertragungsglied eine rotierbare Trommel (25) mit mindestens einer Kulisse hat, welche die Steuerkurve (23,24; 48; 58; 68) bildet und der mit ihr zusammenwirkende mindestens eine Körper (21,22) jeweils an einem Hebel (19,20) befestigt ist, der mit einem von zwei gegeneinander verdrehbaren Rampenringen (13,14) fest verbunden ist.
10. 10. Haltender Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Übertragungsglied eine rotierbare Trommel (25) mit mindestens einer Kulisse hat, und der mit ihr zusammenwirkende mindestens eine Körper (21,22) jeweils an einem Hebel (19,20) befestigt ist, der mit einen von zwei gegeneinander verdrehbaren Rampenringen (13,14) fest verbunden ist, und die Rampen des Ringes als die Steuerkurven (48; 58; 68) ausgebildet sind.
11. 11. Steuerbare Reibungskupplung mit einem haltenden Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Reibungskupplung im Wesentlichen besteht aus einem Primärteil (10) mit Primärwelle und Primärlamellen, einem Sekundärteil (11) mit Sekundärwelle 5 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 007 580 U1 und Sekundärlamellen und einer Andruckplatte (12), die die Primär- und Sekundärlamellen gegen die Kraft mindestens einer Feder (18) in reibschlüssige Verbindung drückt. HIEZU 4 BLATT ZEICHNUNGEN 6 55