DE4345491C2

DE4345491C2 - Stelleinrichtung

Info

Publication number: DE4345491C2
Application number: DE4345491A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Kittel
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2013-10-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-37 06 849 A1 ist eine Stelleinrichtung bekannt, die insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung ge eignet ist und einen Antrieb aufweist, dessen an der An triebswelle abgegebene Drehbewegung auf eine Abtriebswelle übertragen wird. Diese steht in Eingriff mit einem Kurbelge triebe, durch welches die Drehbewegung in eine im wesentlichen translatorische Bewegung umformbar und an einen Kolben eines ausgangssseitigen Druckmittelzylinders übertragbar ist. Der einen Endstellung dieses Kolbens, die bei eingerückter Kupp lung eingenommen wird, ist ein in Fig. 3 dargestellter erster Anschlag und der zweiten Endstellung, die bei ausgerückter Kupplung erreicht ist, ein ebenfalls in dieser Figur gezeigter zweiter Anschlag zugeordnet.

Bei Kraftfahrzeugen kann es mitunter zu einem kurzzeitigen Zusammenbruch der Betriebsspannung kommen, beispielsweise wenn mehrere stromverbrauchende Zusatzaggregate gleichzeitig zuge schaltet werden. Wenn dieser Zusammenbruch der Betriebsspan nung während des Ausrückvorgangs der Kupplung erfolgt, hat es sich gezeigt, daß bei Stelleinrichtungen gemäß der OS der An trieb durch die zugeordnete Steuerung zwar unverzüglich zum Stillsetzen angesteuert wird, jedoch aufgrund der Trägheit seiner bis dahin bewegten Massen, wie beispielsweise der An kermasse bei einem Elektromotor, an seiner Antriebswelle noch kurzzeitig eine Restbewegung abgibt. Diese reicht aus, um über die Abtriebswelle eine Bewegung in das Kurbelgetriebe einzuleiten. Sobald dieses an dem dieser Bewegungsrichtung zugeordneten Anschlag zur Anlage kommt, kann die Restbewegung am Antrieb nicht mehr in eine andere Bewegung umgeformt wer den, sondern muß von der Abtriebswelle aufgenommen werden. Sofern diese gemäß der OS über eine Schrägverzahnung mit dem nachgeordneten Kurbelgetriebe in Eingriff steht, wird eine Querkraft auf die Abtriebswelle geleitet, was zu einer unzu lässigen Durchbiegung derselben führt. Außerdem besteht die Gefahr einer Beschädigung der in Eingriff stehenden Verzah nung.

Aus der US-A-3 511 920 ist eine Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes im Antriebsweg des Stellgliedes eine aus Rotor, Antriebswelle und Schneckenrad bestehende Baugruppe entgegen der Vorspannwirkung einer Rückstellfeder verschiebbar ist und auf diese Art und Weise eine Bremseinrichtung aktiviert wird. Zwischen der Antriebswelle und dem Schneckenrad kann eine Kupplung vorgesehen sein, die jedoch zum Ermöglichen des Aktivierens der Bremseinrichtung keinen Schlupf zulassen darf und somit im gesamten Drehmomentenbereich eine starre Kopplung im Antriebsweg bereitstellen muss.

Die DE 40 00 728 A1 offenbart eine Stelleinrichtung, bei welcher eine permanent wirkende Bremseinrichtung auf die Antriebswelle eine Bremskraft ausübt.

Die US-A-2 798 999 offenbart ein Antriebssystem für Scheibenwischer, bei welchem dann, wenn aufgrund einer Blockade das im Antriebsweg vorhandene Drehmoment einen bestimmten Wert überschreitet, durch Verschiebung der aus Rotor und Antriebswelle bestehenden Baugruppe der elektrische Leitungsweg unterbrochen wird und somit die Energiezufuhr zum Elektromotor beendet wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Stelleinrichtung derart weiterzubilden, dass Beschädigungen im Antriebsweg der Stelleinrichtung mit erhöhter Sicherheit vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Stelleinrichtung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung ist im Antriebsweg zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eine Kupplung vorgesehen, die bis zum Vorliegen einer bestimmten Momentendifferenz das gesamte vom Antrieb erzeugte Drehmoment kraftschlüssig auf die Abtriebswelle überträgt. Erst dann, wenn die vorbestimmte Momentendifferenz überschritten wird, geht die Kupplung in einen Schlupfzustand über. Durch das Bereitstellen der eine Bremsvorrichtung umfassenden Sicherungseinrichtung kann bei Wirksamwerden der Bremselemente der Bremsvorrichtung dafür gesorgt werden, dass beispielsweise durch Angreifen an den Rotor oder durch Angreifen an die Abtriebswelle das erzeugte Reibmoment zu einer sofortigen Verzögerung der sich drehenden Baugruppe und somit einer Verminderung des abgegebenen Antriebsdrehmoments führt.

Die Sicherungseinrichtung muß hierbei so ausgelegt sein, daß sie, um die Funktion der Stelleinrichtung nicht zu beeinflus sen, unwirksam bleibt, solange die vorbestimmbare Momenten differenz nicht überschritten wird. Letztere sollte vorteil hafterweise so festgelegt werden, daß sie bei Differenzwerten dicht unter derjenigen Schwelle aktiviert wird, ab der Be standteile der Stelleinrichtung, wie die Abtriebswelle oder eine Verzahnung, Schaden nehmen könnten.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungs kupplung mit einer Kupplung zwischen dem Antrieb und einer Abtriebswelle

Fig. 2 eine Schnittansicht der Stelleinrichtung, gesehen entlang einer Linie II-II in Fig. 1

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Stelleinrichtung, gesehen in Richtung eines Pfeiles III in Fig. 2

Fig. 4 die in Fig. 1 gezeigte Kupplung in vergrößerter Darstellung

Fig. 5 eine schematisch dargestellte Bremsvorrichtung für die Stelleinrichtung mit an der Antriebswelle des Antriebs in Anlage bringbaren Bremselementen

Fig. 6 wie Fig. 5, jedoch mit Bremselementen, die am Rotor des Antriebs in Anlage bringbar sind.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Stelleinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem in der dargestellten Ausführungsform hydraulischen Ausrücksystem. Die Stellein richtung umfaßt einen Antrieb 1 in Form eines Elektromotors, der über ein Kurbelgetriebe 3 einen hydraulischen Geberzylin der 5 des hydraulischen Ausrücksystems der Kupplung betätigt. Der Antrieb 1 ist Bestandteil einer herkömmlichen Servo- Positioniereinrichtung, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 34 39 594 beschrieben ist und bildet zusammen mit dem Kurbelgetriebe 3 und dem Geberzylin der 5 eine an geeigneter Stelle des Kraftfahrzeugs mittels einer Befestigungsöse 7 und nicht näher dargestellter Rahmen teile 9 zu montierende Einheit.

Das Kurbelgetriebe 3 ist als Schneckengetriebe ausgebildet und hat ein Getriebegehäuse 11, in welchem ein Segment-Schnecken zahnrad 13 drehbar gelagert ist. Das Schneckenzahnrad 13 sitzt fest auf einer Hohlwelle 15, die beiderseits des Schnecken zahnrades 13 über Kugellager 17, 19 in dem Getriebegehäuse 11 bzw. einem durch Schrauben 21 daran befestigten Lagerdeckel 23 gelagert ist. Der Lagerdeckel 23 verschließt eine für den Einbau des Schneckenzahnrades bestimmte Öffnung in dem Ge triebegehäuse 11. Mit einer am Umfang des Schneckenzahnrades vorgesehenen Schrägverzahnung 25 kämmt eine unmittelbar auf einer Abtriebswelle 27 sitzende Schnecke 29. Die Abtriebswel le 27 ist an ihrem dem Antrieb 1 zugewandten Ende zu einem Aufnehmer 150 für die aus dem Antrieb 1 ragende Antriebswel le 151 sowie für eine nachfolgend ausführlich beschriebene Kupplung 152 aufgeweitet. Die Antriebswelle 151 ist frei drehbar in dem Aufnehmer 150 gelagert und im Umfangsbereich mit einer Verzahnung 153 ausgebildet, auf der eine Mehrzahl von Lamellen 154, die eine Innenverzahnung 155 aufweisen, axial verschiebbar angeordnet sind. An jeder dieser Lamel len 154 ist eine Lamelle 157 in Anlage, die, ebenfalls axial bewegbar, eine Außenverzahnung 158 aufweisen und, über diese, mit einer am Aufnehmer 150 ausgebildeten Innenverzahnung 159 drehfest in Eingriff stehen. Das aus den einen eingangssei tigen Kupplungsteil 160 bildenden Lamellen 154 und den einen ausgangsseitigen Kupplungsteil 161 bildenden Lamellen 157 be stehende Lamellenpaket stützt sich an seinem vom Antrieb 1 ab gewandten Ende gegen einen Vorsprung 162 des Aufnehmers 150 ab und wird durch eine an seinem entgegengesetzten Ende angrei fende Tellerfeder 163 zur Herstellung der Reibverbindung zwi schen den Lamellen 154 und 157 belastet. Durch die Kupp lung 152 wird, solange die Momentendifferenz zwischen dem eingangsseitigen Kupplungsteil 160 und dem ausgangsseitigen Kupplungsteil 161 einen durch die Auslegung der Tellerfe der 163 vorbestimmbaren Betrag nicht überschreitet, das vom Antrieb 1 über dessen Antriebswelle 151 eingeleitete Drehmo ment schlupffrei auf die Abtriebswelle 27 übertragen. Erst bei Überschreitung dieser Momentendifferenz wird infolge von Schlupf zwischen den Lamellen 154 und 157 nur noch ein Teil des eingeleiteten Drehmomentes übertragen und dadurch die Be lastung der Abtriebswelle 27 reduziert. Dadurch wird verhin dert, daß diese sich durch Querkräfte, die aufgrund ihrer Schrägzahnverbindung mit dem Schneckenzahnrad 13 beim Bloc kieren des Letztgenannten auf sie einwirken, verbiegt. Die Kupplung 152 ist folglich als Sicherungseinrichtung 165 wirk sam.

Die Abtriebswelle 27 ist an ihrem vom Antrieb 1 abgewandten Ende in einem am Getriebegehäuse 11 befestigten hülsenförmigen Lagerelement 166 axial bewegbar aufgenommen und wird durch ein Rückhaltemittel 167, vorzugsweise eine Feder, die zur Verrin gerung von Reibeinflüssen über eine in eine Einkerbung 168 der Abtriebswelle 27 eingesetzte Kugel 169 auf die Abtriebswel le 27 einwirkt, in Richtung zum Antrieb 1 gedrückt. Hierdurch wird trotz Spiels zwischen den Verzahnungen der Abtriebswel le 27 und des Schneckenzahnrades 13 ein durch Drehmoment schwankungen bedingtes Anschlagen der Zähne an jeweils entge gengesetzten Zahnflanken verhindert.

Das Segment-Schneckenzahnrad 13 besteht zur Temperaturbestän digkeit aus Metall und ist durch Verbindungselemente, beispielsweise Nieten 35, fest mit zwei beiderseits angeordne ten scheibenförmigen Wangen 37 verbunden. Die Wangen 37 haben nahezu gleiche Form und sind als Blechformteile ausgebildet. In Umfangsrichtung gegen das Segment-Schneckenzahnrad 13 ver setzt bilden die Wangen 37 eine Aufnahmegabel, in die ein Stößel 39 eingreift. Der Stößel 39 ist zur Bildung eines Kurbelarms im Abstand zur Hohlwelle 15 in beiden Wangen 37 über eine Achse 41 schwenkbar gelagert und liegt mit seinem der Achse 41 abgewandten Ende an einem in dem Geberzylinder 5 gegen den Druck einer Feder 43 verschiebbaren Kolben 45 an.

In Ausrückrichtung der Kupplung treibt der Antrieb 1 das Schneckenzahnrad 13 in einem Drehsinn an, in welchem der Stö ßel 39 eine im wesentlichen translatorische Bewegung ausführt und den Kolben 45 in Druckrichtung verstellt. In Einkuppel richtung treibt der Antrieb 1 das Schneckenzahnrad 13 in ent gegengesetztem Drehsinn an, so daß der Stößel 39 aus dem Ge berzylinder 5 zurückgezogen wird, wobei die Feder 43 und das aus dem Nehmerzylinder des Kupplungs-Ausrückersystems zurück strömende Hydraulikfluid den Kolben 45 zurückstellt.

Die Drehachse der Schnecke 29 liegt zusammen mit der Zylin derachse des Geberzylinders 5 in der zur Drehachse des Seg ment-Schneckenzahnrads 13 senkrechten Mittelebene zwischen den beiden Wangen 37. Die von den Wangen 37 auf die Achsen 41 ausgeübte resultierende Kraft liegt ebenfalls in dieser Mit telebene. Damit wird auf das Segment-Schneckenzahnrad 13 kein Kippmoment ausgeübt, was die Lebensdauer und Betriebssicher heit des Kurbelgetriebes 3 erhöht.

Die Zylinderachse des Geberzylinders 5 erstreckt sich angenä hert tangential zur Bewegungsbahn der Gelenkachse 41 des Stö ßels 39. Auf der, bezogen auf die Hohlachse 15 dem Geberzy linder 5 im wesentlichen diametral entgegengesetzten Seite des Schneckenzahnrads 13, ist ein Federkraftspeicher 47 (Fig. 1) in dem Getriebegehäuse 11 angeordnet. Der Kraftspeicher 47 umfaßt mehre koaxial ineinander angeordnete Schraubendruckfe dern 49, die auf einer Teleskopführung 51 zwischen zwei End platten 53 knicksicher eingespannt sind. Der Federkraftspei chers 47 ist mit einem Gelenk 55 an den Wangen 37 angelenkt und mit einem Gelenk 57 an dem Getriebegehäuse 3 abgestützt. Die Wirkungslinie des Kraftspeichers 47 verläuft ebenfalls in der Mittelebene zwischen den Wangen 37, wobei die Schwenkachse der Gelenke 55, 57 in der der eingerückten Kupplung zugeord neten, in Fig. 1 dargestellten Endstellung des Schneckenzahn rads 13 angenähert in einer die Drehachse des Schneckenzahn rads 13 enthaltenden Ebene liegen, um die von dem Kraftspei cher 47 auf die Schnecke 29 in diese Endstellung ausgeübten Kräfte möglichst gering zu halten. Für eine Stabilisierung dieser Endlage sorgt jedoch eine geringe Übertotpunktstellung des Gelenks 55 entgegengesetzt der Auskuppeldrehrichtung des Schneckenzahnrads 13.

In der der eingekuppelten Stellung der Kupplung zugeordneten Endstellung des Schneckenzahnrads 13 sind die Federn 49 des Kraftspeichers 47 gespannt. Treibt der Antrieb 1 das Schnec kenzahnrad 13 in Ausrückrichtung der Kupplung, d. h., in Fig. 1 gegen den Uhrzeigersinn an, so entspannen sich die Fe dern 49 und unterstützen die Antriebswirkung des Antriebs. Die Kupplung kann auf diese Weise auch bei vergleichweise schwach dimensoniertem Antrieb 1 rasch ausgekuppelt werden. In Ein kuppelrichtung wird der in seiner Drehrichtung umgekehrte An trieb 1 von der Kupplungsfeder unterstützt, so daß auch hier trotz vergleichsweise geringer Antriebsleistung des Antriebs 1 die Federn 49 des Kraftspeichers 47 erneut gespannt werden können. Darüber hinaus steht für den Einrückvorgang der Kupp lung mehr Zeit zur Verfügung als für den Ausrückvorgang.

Die Endstellungen des Schneckenzahnrads 13 werden durch ela stisch federnde Pufferanschläge 59 festgelegt, die in den Endabschnitten einer kreissegmentförmigen Nut 61 des Lager deckels 23 befestigt sind und mit einem von dem Schneckenzahnrad 13 axial in die Nut 61 hin abstehenden An schlagbolzen 63 zusammenwirken.

Die Winkelposition des Schneckenzahnrads 13 und damit die Po sition des Kolbens 45 des Geberzylinders 5 wird von einem in der deutschen Offenlegungsschrift 37 06 849 beschriebenen Po tentiometer 65 (Fig. 2) erfaßt, dessen Schleifbahnträger 67 am Getriebegehäuse 11 befestigt, beispielsweise angeschraubt ist und dessen Schleifer 69 auf einem aus dem Getriebegehäuse 11 herausragenden Ende 71 der Hohlwelle 15 sitzt. Der Schlei fer 69 hat eine im Klemmsitz auf dem Ende 71 gehaltene Schleifernabe mit Werkzeugangriffsflächen, beispielsweise in Form eines Schlitzes, der durch die Hohlwelle 15 hindurch von der dem Potentiometer 65 gegenüberliegenden Seite des Getrie begehäuses 11 her zugänglich ist. Durch die normalerweise durch einen Gehäusestöpsel 73 abgedeckte Öffnung des gegen überliegenden Hohlwellenendes kann die Winkelstellung des Schleifers 69 auch im eingebauten Zustand der Stelleinrichtung relativ zum Schneckenzahnrad 13 verdreht werden, womit die der Ist-Position des Kolbens 45 entsprechenden elektrischen Aus gangswerte des Potentiometers 65 den tatsächlichen Einbauver hältnissen der Kupplung angepaßt werden können.

Anstelle mit der Kupplung 152 kann die Sicherungseinrich tung 165 der beschriebenen Stellvorrichtung auch mit einer - nur schematisch in Fig. 5 und 6 dargestellten - Bremsvorrich tung 175 ausgebildet sein. Diese kann beispielsweise, wenn durch eine die Momentendifferenz zwischen der Antriebswel le 151 und der Abtriebswelle 27 ermittelnde Sensorvorrich tung 176 erkannt wird, daß die Momentendifferenz über einen vorbestimmten Betrag hinausgeht, für einen Bremsvorgang ange steuert wird. Die Bremsvorrichtung bringt hierzu in nicht ge zeigter Weise Bremselemente 177 in Anlage mit der Antriebs welle 151 oder, bei einem Elektromotor, mit dessen Rotor 178. Dadurch wird das jeweilige Element 151, 178 durch Einleitung eines Reibmomentes abgebremst.

Claims

1. Stelleinrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, umfassend:

- einen Antrieb mit einer Antriebswelle (151) und einer durch die Antriebswelle (151) drehbaren Abtriebswelle (27),
- eine Kupplung (152) mit einem mit der Antriebswelle (151) gekoppelten Kupplungsteil (160) und einem mit der Abtriebswelle (27) gekoppelten Kupplungsteil (161),
- ein Kurbelgetriebe, durch welches die Drehbewegung der Abtriebswelle (27) in eine im wesentlichen translatorische Bewegung eines Ausgangsglieds umgesetzt wird,
- eine dem Antrieb als Sicherheitseinrichtung zugeordnete Brems vorrichtung (175, 177) zur Erzeugung eines dem Antriebsmoment des Antriebs vor Übertragung desselben auf die Abtriebswelle (27) entgegenwirkenden Reib-Bremsmomentes an einem drehbe wegbaren Element (151, 178),
- wobei die Bremsvorrichtung (175, 177) bei Überschreiten einer vorbestimmbaren Drehmomentdifferenz zwischen Antriebswelle (151) und Abtriebswelle (27) in ihren das Reib-Bremsmoment erzeugenden Zustand gebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (152) in Abhängigkeit von dem zwischen der Antriebswelle (151) und der Abtriebswelle (27) übertragenen Drehmoment eine Relativdrehung zwischen Antriebswelle (151) und Abtriebswelle (27) ermöglicht, und dass eine Sensorvor richtung (176) vorgesehen ist zur Erfassung der Drehmomentdifferenz zwischen Antriebswelle (151) und der Abtriebswelle (27).

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bremsvorrichtung (175, 177) zur Erzeugung des Reib-Bremsmomentes auf die Antriebswelle (151) einwirkt.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Antrieb einen Elektromotor mit einem Rotor (178) umfaßt und daß die Bremsvorrichtung (175, 177) zur Erzeugung des Reib-Bremsmomentes auf den Rotor (178) einwirkt.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (175, 177) eine Mehrzahl von Bremselementen (177) umfaßt, welche zur Erzeugung des Reib-Bremsmomentes in Anlage an der Antriebswelle (151) beziehungsweise dem Rotor (178) bringbar sind.