DE4320204A1 - Stellantrieb für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für eine hydraulisch betätigbare Kraftfahrzeug-Reibungskupplung.

Es ist bekannt (DE-A 39 35 438 und DE-A 39 35 439), eine herkömmliche Kraftfahrzeug-Reibungskupplung nicht über ein Kupplungspedal, sondern mittels eines Stellantriebs ein- und auszurücken und diesen Stellantrieb mittels einer elektronischen Steuerung zu steuern, die ihrerseits mit Hilfe von Sensoren auf Betriebsparameter des Kraft­ fahrzeugs, beispielsweise dessen Motordrehzahl, dessen Getriebeeingangsdrehzahl und dessen Fahrpedalstellung anspricht. Die Steuerung schließt die Reibungskupplung selbsttätig beim Anfahren und beim Wechseln der Gänge eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs bzw. öffnet die Reibungskupplung beim Anhalten des Kraftfahrzeugs und zu Beginn des Gangwechsels.

Aus der DE-A 33 30 332, der DE-A 34 38 594 und der DE-A 36 24 755 ist es ferner bekannt, die Reibungskupplung zur Minderung von Drehschwingungen im Antriebsstrang gering­ fügig zu öffnen, so daß sie das Antriebsdrehmoment mit einem geringen Schlupf überträgt, der dem Antriebsdreh­ moment überlagerte Drehschwingungen eliminiert. Die Drehschwingungen werden von einem den Stellantrieb steu­ ernden Schlupfregelkreis erfaßt und ausgeregelt. Der Stellantrieb kann hierbei ausschließlich für die Schlupf­ regelung eingesetzt werden, er kann aber diese Aufgabe auch zusätzlich zur automatisierten Betätigung der Kupp­ lung übernehmen.

Während der Auskuppelvorgang vergleichsweise rasch vor sich gehen muß, ist die zum Einkuppeln zur Verfügung stehende Zeitspanne normalerweise groß, um einen Einkup­ pelruck möglichst zu verhindern. Beim Auskuppeln arbeitet der Stellantrieb gegen die Kraft der Kupplungshauptfeder, was ein vergleichsweise großes Motordrehmoment und damit einen vergleichsweise kräftig dimensionierten Motor bedingt.

Aus der DE-A 37 06 849 ist es bekannt, den hydraulischen Geberzylinder einer hydraulischen Kupplungsbetätigungsan­ lage über einen Kurbelexzenter zu betätigen, dessen Kurbelrad als Schneckenrad ausgebildet ist und mit einer auf der Motorwelle eines Elektromotors sitzenden Schnecke kämmt. An dem Kurbelrad stützt sich eine Kompensationsfe­ der ab, die der Elektromotor im Verlauf der Einrückbewe­ gung spannt und die beim Ausrücken den gegen die Kraft der Kupplungshauptfeder arbeitenden Elektromotor unter­ stützt. Der bekannte Stellantrieb benötigt jedoch ver­ gleichsweise viel Platz und besteht aus relativ vielen Einzelteilen, was die Montage aufwendig gestaltet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stellantrieb für eine hydraulisch betätigbare Kraftfahrzeug-Reibungskupplung zu schaffen, der mit geringerem Bauraum als bisher auskommt und von einfacher Konstruktion ist.

Die Erfindung geht aus von einem Stellantrieb für eine hydraulisch betätigbare Kraftfahrzeug-Reibungskupplung, wobei der Stellantrieb umfaßt:

einen mit einem hydraulischen Nehmerzylinder der Rei­ bungskupplung zu verbindenden, hydraulischen Geberzylin­ der mit einem in Richtung seiner Zylinderachse verschieb­ baren Kolben,
einen mit dem Geberzylinder zu einer Baueinheit fest verbundenen Elektromotor mit einer um eine Drehachse rotierenden Motorwelle und
ein die Motorwelle unter Umsetzung ihrer Drehbewegung in eine Verschiebebewegung mit dem Kolben des Geberzylinders kuppelndes Getriebe, wobei die erfindungsgemäße Verbesse­ rung darin besteht, daß die Motorwelle und der Geberzy­ linder gleichachsig hintereinander angeordnet sind, daß das Getriebe als zur Motorwelle gleichachsiger Gewinde­ trieb ausgebildet ist, dessen drehfest mit der Motorwelle verbundene Gewindespindel mit einer relativ zum Geberzy­ linder verdrehfest, aber axial verschiebbar geführten, mit dem Kolben verbundenen Spindelmutter verschraubbar ist und daß der Kolben auf der dem Elektromotor zugewand­ ten Seite eine zentrische Aussparung für den axialen Eingriff der Gewindespindel aufweist.

Ein solcher Stellantrieb kann aus einigen wenigen Kompo­ nenten aufgebaut werden und benötigt nur vergleichsweise wenig Bauraum, da der Kolben des Geberzylinders für die Unterbringung der Gewindespindel mit ausgenutzt wird. Da der Geberzylinder und der Elektromotor wie auch die Gewindespindel gleichachsig zueinander angeordnet sind, werden auf den Kolben ausgeübte, dessen Dichtungen bean­ spruchende Querkräfte vermieden.

Die Spindelmutter kann in Druckrichtung des Kolbens lose auf diesem aufliegen, sofern durch Rückholfedern oder dergleichen sichergestellt ist, daß der Kolben in beiden Verschieberichtungen steuerbar ist. Vorzugsweise sind jedoch der Kolben und die Spindelmutter fest miteinander verbunden, insbesondere einstückig, um den Kolben in beide Verschieberichtungen kraftschlüssig von dem Elek­ tromotor aus antreiben zu können. Besonders einfach gestaltet sich diese Variante, wenn die Spindelmutter als zentrisches Innengewinde einer zentrischen Bohrung des Kolbens ausgebildet ist.

Bei der Gewindespindel kann es sich um ein von der Motor­ welle gesondert hergestelltes und mit dieser fest oder auch nur drehfest verbundenes Bauteil handeln. Der Mon­ tageaufwand verringert sich, wenn die Gewindespindel eine integrale Verlängerung der Motorwelle bildet.

Bei dem Elektromotor und dem Geberzylinder kann es sich um Komponenten handeln, die jeweils für sich an einem Gehäuse des Stellantriebs befestigt sind. Dies hat den Vorteil, daß jede der Komponenten aus einem dem bestim­ mungsgemäßen Zweck am besten dienenden Material herge­ stellt werden kann. Beispielsweise kann dann der Geberzy­ linder unabhangig von dem Gehäuse aus einem von Hydrau­ likflüssigkeit nicht korrodierbaren Material hergestellt werden. Andererseits steigt damit der Bauteile- und Montageaufwand. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, daß der Elektromotor an einem Gehäuse angebracht ist, das integral angeformt eine den Kolben aufnehmende Zylinderbohrung enthält. Ein solches Gehäuse kann nicht nur besonders platzsparend ausgeführt werden, sondern es verringert auch den Montageaufwand des Stell­ antriebs.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist axial zwischen dem Kolben und einer relativ zum Geberzylinder festen An­ schlagfläche eine die Gewindespindel umschließende, als Schraubendruckfeder ausgebildete Kompensationsfeder angeordnet, die den Kolben in Auskuppel-Verschieberich­ tung belastet. Die zweckmäßigerweise an einer durch den Elektromotor gebildeten Anschlagfläche abgestützte Kom­ pensationsfeder läßt sich auf diese Weise besonders platzsparend unterbringen.

Dem Stellantrieb ist üblicherweise ein Wegsensor zugeord­ net, der zur Steuerung des Stellantriebs ein die Aus­ rückerposition der Reibungskupplung repräsentierendes Signal erzeugt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist hierzu ein zu einer Baueinheit mit dem Geberzylinder verbundener Positionssensor vorgesehen, dessen linear bewegliches Stellelement mit dem Kolben gekuppelt ist.

Insbesondere bei Verwendung einer Kompensationsfeder ist dem Gewindetrieb zur Arretierung des Kolbens eine zumin­ dest in der Einkuppelstellung und/oder der Auskuppelstel­ lung wirksame Bremseinrichtung zugeordnet. Die Bremsein­ richtung sorgt für eine betriebsmäßig sichere Arretierung des Stellantriebs zumindest in seinen Endstellungen. Bei der Bremseinrichtung kann es sich um eine elektromagne­ tisch betätigbare, insbesondere elektromagnetisch lösbare Bremse handeln. Geeignet sind auch federnder Rastein­ richtungen, wie zum Beispiel Kugel-Rasteinrichtungen, die den Kolben relativ zum Gehäuse des Geberzylinders federnd nachgiebig in der Einkuppelstellung und/oder der Auskup­ pelstellung verrasten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch eine Kupplungsbetätigungsanlage mit einem elektromotorischen Stellantrieb, gesehen in einem teilweisen axialen Längsschnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Reibungskupplung 1 ist herkömmlich ausgebildet und umfaßt eine mit einer Getrie­ beeingangswelle 3 drehfest verbundene Kupplungsscheibe 5, die von einer Kupplungshauptfeder, beispielsweise einer Membranfeder 7, reibschlüssig zwischen einer Anpreßplatte 9 und einer mit einer Kurbelwelle 11 der Brennkraftma­ schine des Kraftfahrzeugs verbundenen Gegenanpreßplatte in Form eines Schwungrads 13 einspannbar ist. Die Rei­ bungskupplung 1 ist mittels eines Ausrückers 15 gegen die Kraft der Membranfeder 7 auskuppelbar.

Für die Betätigung des Ausrückers ist ein elektromotori­ scher Stellantrieb 17 vorgesehen. Der Stellantrieb 17 umfaßt einen Elektromotor 19, beispielsweise einen Gleichstrom-Kollektormotor, der mit einem hydraulischen Geberzylinder 21 zu einer für sich handhabbaren Bauein­ heit verbunden ist. Der Geberzylinder 21 ist für die Betätigung des Ausrückers 15 über eine Hydraulikleitung 23 mit einem herkömmlich auf den Ausrücker 15 wirkenden hydraulischen Nehmerzylinder 25 verbunden. Ein allgemein mit 27 bezeichneter Gewindetrieb setzt die um eine Dreh­ achse 29 erfolgende Drehbewegung einer Motorwelle 31 des Elektromotors 19 in eine translatorische Schiebebewegung eines in einer Zylinderbohrung 33 eines Gehäuses 35 abge­ dichtet verschiebbaren Kolbens 37 des Geberzylinders 21 um. Der Gewindetrieb 27 hat eine zur Zylinderbohrung 33 und der dazu gleichachsig angeordneten Motorwelle 31 seinerseits gleichachsig angeordnete Gewindespindel 39, auf der axial verschraubbar eine mit dem Kolben 37 ver­ bundene Spindelmutter 41 angeordnet ist.

Die Gewindespindel 39 ist durch eine integrale Verlange­ rung der Motorwelle 31 gebildet und reicht in eine zentrische Bohrung 43 des Kolbens 37 hinein. Die ihrer­ seits integral mit dem Kolben 37 verbundene Spindelmutter 41 wird durch ein Innengewinde der Bohrung 43 gebildet. Verdrehsicherungsmittel 45 führen den Kolben 37 und damit die Spindelmutter 41 verdrehsicher, aber axial beweglich an dem Gehäuse 35.

In einer an die Zylinderbohrung 33 anschließenden Kammer 47 des Gehäuses ist zwischen dem Kolben 37 und einem Motorflansch 49 des an dem Gehäuse 35 befestigten Elek­ tromotors 19 eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Kompensationsfeder 51 eingespannt, deren auf den Kolben 37 ausgeübte Kraft der von der Membranfeder 7 über die Hydraulikanlage ihrerseits auf den Kolben 37 ausgeübten Kraft entgegenwirkt.

Der Elektromotor 19 und damit die Reibungskupplung 1 wird von einer Steuerung 53 gesteuert. Beim Antrieb der Spin­ delmutter 41 und damit des Kolbens 37 zum Druckraum 55 des Geberzylinders 21 hin wird die Reibungskupplung 1 ausgekuppelt. Die Zeichnung zeigt den Kolben 37 in der Auskuppelstellung. Bei der Bewegung zur Auskuppelstellung hin arbeitet der Elektromotor 19 gegen die Kraft der Membranfeder 7, wobei er von der Kompensationsfeder 51 unterstützt wird. Beim Einkuppeln treibt die Membranfeder 7 den Kolben 37 in Gegenrichtung, wobei die Kompensa­ tionsfeder 51 gespannt wird. In beiden Bewegungsrichtun­ gen wird der Elektromotor 19 erregt und legt, gesteuert von der Steuerung 53, die Stellgeschwindigkeit fest. Bei der Steuerung 53 handelt es sich um eine herkömmliche, die Reibungskupplung 1 abhängig von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs und insbesondere seiner Brennkraftma­ schine ein- und auskuppelnde, d. h. automatisierende, elektronische Kupplungssteuerung. Die Steuerung kann auch anderen Aufgaben dienen, insbesondere der gezielten Einführung eines geringen Schlupfs bei der Übertragung des Antriebsdrehmoments, um auf diese Weise Drehschwin­ gungen im Antriebsstrang zu eliminieren oder zumindest zu verringern. Geeignete Steuerungen sind beispielsweise in den vorstehend erwähnten Patentanmeldungen DE 33 30 332, DE 34 38 594, DE 36 24 755, DE 39 35 438 und DE 39 35 439 beschrieben, auf die hierzu Bezug genommen wird.

Die Steuerung 53 spricht auf eine Vielzahl nicht näher dargestellter Sensoren an, beispielsweise Drehzahlsenso­ ren, die die Drehzahl der Brennkraftmaschine des Kraft­ fahrzeugs, die Eingangsdrehzahl seines Getriebes, die Schaltstellung seines Getriebes und seine Fahrgeschwin­ digkeit erfassen. Um den Ausrücker 15 der Reibungskupp­ lung 1 exakt Positionieren zu können, arbeitet die Steue­ rung 53 als Positionierregelkreis, dem Positions-Istsi­ gnale aus der Kupplungsbetätigungsanlage, im vorliegenden Fall dem Stellantrieb 17, zugeführt werden. Der Stellan­ trieb 17 umfaßt hierzu einen linearen Stellungsgeber 57, hier in Form eines Linearpotentiometers, dessen Stellele­ ment 59 unmittelbar mit dem Kolben 37 gekuppelt ist. Zur Erhöhung der Stellgenauigkeit kann gegebenenfalls ein nicht näher dargestellter Inkrementalgeber mit der Motor­ welle 31 gekuppelt sein. Der Stellungsgeber 57 ist zusam­ men mit der Kompensationsfeder 51 in der Kammer 47 des Gehäuses 35 untergebracht. Das Gehäuse 35 kann zumindest einen Teil der elektronischen Komponenten der Steuerung 53 enthalten, beispielsweise die elektronische Treiber­ schaltung für den Elektromotor 19.

Um zu verhindern, daß die Membranfeder 7 bzw. die Kompen­ sationsfeder 51 den Kolben 37 bei nicht erregtem Elektro­ motor 19 verstellen kann, sind zumindest in der Einkup­ pelstellung, gegebenenfalls aber auch in der Auskuppel­ stellung, federnde Kugelrasten 61 an dem Gehäuse 35 vorgesehen, die den Kolben (bzw. die mit ihm verbundene Spindelmutter 41) in diesen Endstellungen arretieren. Die Rastkräfte sind so bemessen, daß sie nicht von den Federn 7, 51 alleine überwunden werden können. Es versteht sich, daß anstelle federnder Rastmittel auch andere Bremsein­ richtungen, beispielsweise federnd in ihre Bremsstellung vorgespannte elektromagnetische Bremseinrichtungen, vorgesehen sein können, deren Elektromagnet bei Erregung die Bremse lüftet.

In die Zylinderbohrung 33 des Geberzylinders 21 mündet eine mit einem (nicht dargestellten) Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit verbundene Schnüffelbohrung 63, die in der der vollständig eingekuppelten Stellung der Rei­ bungskupplung 1 zugeordneten Endstellung des Kolbens 37 offenliegt und nach Aufbrauch eines gewissen Leerspiels des Kolbens 37 von diesem verschlossen wird. In der vollständig eingekuppelten Stellung aus dem Vorratsbehäl­ ter in die Hydraulikanlage nachfließende Hydraulikflüs­ sigkeit sorgt für den Ausgleich von Spiel, das bei Ver­ schleiß insbesondere der Reibbeläge der Kupplungsscheibe 5 ansonsten entstehen könnte.

Das dem Geberzylinder 21 ferne Ende der Motorwelle 31 ist von außen her zugänglich und mit Formschlußflächen 65 versehen, die für den Notbetrieb mit einer Handkurbel 67 oder dergleichen verbunden werden können, so daß der Gewindetrieb 27 zum Beispiel bei Ausfall der Steuerung 53 auch von Hand betätigt werden kann.

Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Geberzylinder 21 integraler Bestandteil des Gehäuses 35. Alternativ kann die Zylinderbohrung 33 jedoch auch in einem gesonderten und mit dem Gehäuse 35 verbundenen Zylindergehäuse vorgesehen sein. Der Gewindetrieb 27, dessen Gewindespindel 39 integral mit der Motorwelle 31 verbunden ist und dessen Spindelmutter 41 integraler Bestandteil des Kolbens 37 ist, kann gegebenenfalls auch als gesonderte Komponente ausgebildet sein.

Claims (11)

1. Stellantrieb für eine hydraulisch betätigbare Kraft­ fahrzeug-Reibungskupplung, umfassend

• - einen mit einem hydraulischen Nehmerzylinder (25) der Reibungskupplung (1) zu verbindenden, hydrauli­ schen Geberzylinder (21) mit einem in Richtung seiner Zylinderachse verschiebbaren Kolben (37),
• - einen mit dem Geberzylinder (21) zu einer Baueinheit fest verbundenen Elektromotor (19) mit einer um eine Drehachse (29) rotierenden Motorwelle (31) und
• - ein die Motorwelle (31) unter Umsetzung ihrer Dreh­ bewegung in eine Verschiebebewegung mit dem Kolben (37) des Geberzylinders (21) kuppelndes Getriebe (27) dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (31) und der Geberzylinder (21) gleich­ achsig hintereinander angeordnet sind,

daß das Getriebe als zur Motorwelle (31) gleichachsi­ ger Gewindetrieb (27) ausgebildet ist,. dessen drehfest mit der Motorwelle (31) verbundene Gewindespindel (39) mit einer relativ zum Geberzylinder (21) verdrehfest, aber axial verschiebbar geführten, mit dem Kolben (37) verbundenen Spindelmutter (41) verschraubbar ist und
daß der Kolben (37) auf der dem Elektromotor (19) zugewandten Seite eine zentrische Aussparung (43) für den axialen Eingriff der Gewindespindel (39) aufweist.

2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (37) und die Spindelmutter (41) fest miteinander verbunden sind.

3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (41) als Innengewinde einer zentrischen Bohrung (43) des Kolbens (37) ausgebildet ist.

4. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (39) als in­ tegrale Verlängerung der Motorwelle (31) ausgebildet ist.

5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (19) an einem Gehäuse (35) angebracht ist, das integral eingeformt eine den Kolben (37) aufnehmende Zylinderbohrung (33) enthält.

6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß axial zwischen dem Kolben (37) und einer relativ zum Geberzylinder (21) festen Anschlag­ fläche eine die Gewindespindel (39) umschließende, als Schraubendruckfeder ausgebildete Kompensationsfeder (51) angeordnet ist, die den Kolben (37) in Auskuppel- Verschieberichtung belastet.

7. Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsfeder (51) an einer durch den Elektromotor (19) gebildeten Anschlagfläche abgestützt ist.

8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (37) mit einem linear beweglichen Stellelement eines zu einer Baueinheit mit dem Geberzylinder (21) verbundenen Positionssensors (57) gekuppelt ist.

9. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gewindetrieb (27) zur Arretie­ rung des Kolbens (37) eine zumindest in der Einkuppel­ stellung und/oder der Auskuppelstellung wirksame Bremseinrichtung (61) zugeordnet ist.

10. Stellantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremseinrichtung (61) wenigstens eine den Kolben (37) relativ zum Gehäuse (35) des Geberzylin­ ders (21) federnd nachgiebig verrastende Rasteinrich­ tung, insbesondere in Form einer Kugel-Rasteinrich­ tung zugeordnet ist.