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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, etwa ein Automatikgetriebe, bspw. nach Art eines Wandler-Automatikgetriebes, mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter, die an einer Spindelstange so angreift, dass eine Längsbewegung der Spindelstange bei einer Rotation der Spindelmutter erzwungen ist, wobei die Längsbewegung der Spindelstange zum Verstellen eines Betätigungshebels weitergebbar ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Schalteinheit, etwa nach Art eines modularen Kupplungsaktors (MCA), umfassend eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2009 013 404 A1 ist ein Getriebeaktor zur Betätigung eines automatisierten Schaltgetriebes mit einer Mehrzahl von Gängen bekannt, wobei eine Schaltwelle von zumindest einem Elektromotor in einer Dreh- und Längsbewegung antreibbar ist und mittels einer Bewegung ein Gang ausgewählt und mittels der anderen Bewegung geschaltet wird, bei dem zwischen dem Schaltgetriebe und dem zumindest einen Elektromotor ein Gehäuse vorgesehen ist, in dem ein Aktorgetriebe gekapselt aufgenommen ist.
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Aus der
WO 2015/149775 A1 ist ein Aktor zur Kupplungsbetätigung bekannt, der ein Motormodul und ein Betätigungsmodul umfasst. Das Motormodul ist wahlweise mit einem Hydraulikmodul oder einem Mechanikmodul verbindbar. Das Motormodul und/oder das Betätigungsmodul weisen einen Motorflansch zur wahlweisen Verbindung auf. Das Motormodul und/oder das Betätigungsmodul weisen wenigstens einen Gehäuseflansch zur Verbindung mit einem Gehäuse auf.
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Die
WO 2015/070850 A1 offenbart eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem elektromechanischen Aktor, der eine elektromotorisch in Drehbewegung versetzbare Spindel aufweist, die über ein Rotationsbewegung in Linearbewegung wandelndes Bewegungswandelgetriebe Druck und/oder Zug auf eine Druckhülse weitergebend an eine Auslöseeinrichtung einer Kupplung koppelbar ist, wobei die Druckhülse über eine die Druckhülse gegen Rotation sichernde Gelenkeinheit auf eine Kupplungsstellvorrichtung einwirkt. Ferner wird in dieser Druckschrift auch eine Kupplung mit einer solchen Betätigungsvorrichtung beschrieben.
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Die
DE 10 2015 212 645 A1 offenbart einen Kupplungsaktor für ein Fahrzeug, mit einem axial verfahrbaren Stellteil, wobei das Stellteil über einen einen Stator aufweisenden Elektromotor in eine Axialbewegung versetzbar ist und der Stator in einem topfartigen, den Stator zumindest teilweise umgebenden Statorgehäuse fest angebunden ist, wobei das Stellteil zum Bewirken einer Stellbewegung ausgelegt ist, wobei das auch das Stellteil umgebende Statorgehäuse einteilig ausgebildet ist.
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In der
DE 10 2016 206 749 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe offenbart, die ein Gehäuse, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor und ein Betätigungsgetriebe mit einer Spindelstange und einer Spindelmutter aufweist, wobei die Betätigungsvorrichtung eine mit der Spindelstange verbundene Koppelstange aufweist, um die Betätigungsvorrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern.
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Auch ist bereits als
DE 10 2016 208 825 A1 eine weitere Patentanmeldung eingereicht worden, die folgendes offenbart: Eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter, die an einer Spindelstange so angreift, dass eine Längsbewegung der Spindelstange bei Rotation der Spindelmutter erzwungen ist, wobei die Längsbewegung der Spindelstange zum Verstellen eines Betätigungshebels weitergebbar ist, wobei die Spindelmutter und die Spindelstange so aufeinander abgestimmt und ausgelegt sind, dass die Spindelstange um ihre Querachse verschwenkbar ist.
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Weiter kann die Spindelmutter mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein radial äußeres Kugelsitzteil elektromotorisch antreibbar ist und ein dazu radial innerhalb angeordnetes Kugelkalottenteil über ein Gewinde mit der Spindelstange gekoppelt ist. Ferner können zwischen dem Kugelsitzteil und dem Kugelkalottenteil Formschlusselemente so miteinander in Formschluss stehen, dass Drehmoment vom Kugelsitzteil an das Kugelkalottenteil weitergebbar ist. Hierfür kann vom Kugelkalottenteil vorzugsweise wenigstens ein Fortsatz abstehen, der in eine Nut auf einer Innenseite des Kugelsitzteils eingreift. Diese Nut kann ferner als eine in Längsrichtung der Spindelstange ausgerichtete Vertiefung ausgebildet sein.
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Ferner offenbart die
DE 10 2016 208 825 A1 , dass ein Sitzbereich des Kugelsitzteils nach Art einer Schale zur Aufnahme einer balligen Kontur des Kugelkalottenteils ausgebildet sein kann. Das Kugelkalottenteil kann hierbei einen Verlängerungsbereich aufweisen, der sich entlang einer Mittelachse in Richtung des Betätigungshebels hin erstreckt. Ferner ist offenbart, dass die Spindelstange an einem Ende mit einer Koppelstange dreh- und/oder axialfest verbindbar sein kann und dass die Koppelstange an ihrem der Spindelstange abgewandten Ende über ein Gelenk mit dem Betätigungshebel verbindbar sein kann.
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Darüber hinaus offenbart diese Druckschrift auch eine Schalteinheit, welche eine vorstehend beschriebene Betätigungsvorrichtung umfasst, wobei ein Betätigungshebel an der Spindelstange angeschlossen ist.
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Aufgrund der großen Schwenkwinkel, welche pro Motorumdrehung zweimal durchlaufen werden, entstehen große Reibwege an kraftübertragenden Bauteilen. Dadurch erhöht sich der Verschleiß und der Wirkungsgrad des Aktorsystems sinkt deutlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern und insbesondere eine Betätigungsvorrichtung vorzusehen, welche einen reduzierten Verschleiß, einen erhöhten Wirkungsgrad, und einen geringeren Bauraum vorsieht.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Betätigungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Spindelmutter über ein Kardangelenk mit einem Antriebsbauteil, wie einem Rotor, verbunden ist.
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Die Betätigungsvorrichtung dient insbesondere zur Verwendung mit einem Automatikgetriebe, wie bspw. einem Wandler-Automatikgetriebe. Derartige Fahrzeuggetriebe weisen eine Betätigungswelle auf, die drehbar ist, um in dem Fahrzeuggetriebe verschiedene Betriebsmodi, wie „parken“ (P – park), „rückwärts“ (R – reverse), „Leerlauf“ (N – neutral) und/oder „fahren“ (D – drive), einzustellen. Insbesondere ein Lösen der mit „P“ bezeichneten Parkstellung, in der das Fahrzeuggetriebe mechanisch verriegelt ist, erfordert in der Regel einen gegenüber anderen Betätigungen erhöhten Kraftaufwand. Hierbei kann bspw. ein Elektromotor zur Erzeugung einer Drehbewegung dienen. Das Betätigungsgetriebe, welches unter anderem die Spindelstange und die Spindelmutter umfasst, dient dazu, eine Drehbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung umzuwandeln. Hierfür ist die Spindelstange axial verlagerbar.
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Wie bereits vorstehend erläutert, kann die Anbindung der Spindelstange an den Betätigungshebel über ein Koppelteil bzw. eine Koppelstange ausgebildet sein, welche/s mit der Spindelstange starr und mit dem Betätigungshebel gelenkig verbunden ist. Diese Koppelstange kann auch als Pleuel bezeichnet werden und dient zur kinematischen Verbindung der Spindelstange mit einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere mit einer Betätigungswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes. Die Koppelstange dient insbesondere zur Übertragung von Zug- und/oder Druckkräften, wodurch eine Übertragung einer Betätigungsbewegung von der Betätigungsvorrichtung zu einem Fahrzeuggetriebe ermöglicht ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Kardangelenk mehrteilig aufgebaut ist. Dies kann insbesondere montagetechnische Vorteile haben und so die Montage vereinfachen.
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Hierfür hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Kardangelenk einerseits ein Zwischenstück besitzt, das geometrisch und stofflich zum Gewährleisten einer Beweglichkeit um eine erste Achse, die quer zur Längsrichtung der Spindelmutter ausgerichtet ist, ausgebildet / vorbereitet ist und andererseits ein Verbindungsstück besitzt, das geometrisch und stofflich zum Gewährleisten einer Beweglichkeit um einen zur ersten Achse und zur durch die Längsrichtung der Spindelmutter bestimmte Längsachse quer ausgerichteten zweiten Achse ausgebildet / vorbereitet ist. Auf diese Weise entstehen statt großer Reibwege am Umfang des Kugelgelenks lediglich vergleichsweise kleine Umfangsreibwege an den Lagerungen, da der Reibradius der Lagerzapfen deutlich kleiner gewählt werden kann als der Radius der Gelenkkugel. Ferner lassen sich die Kontaktflächen zur Drehmomentübertragung größer darstellen als bei der Kugelgelenk-Lösung, wodurch ein Flächenkontakt statt ein Linienkontakt (wie bei der Kugelgelenk-Lösung der Fall) vorliegt, sodass der Verschleiß weiter minimiert werden kann.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Zwischenstück mehrteilig aufgebaut ist. Auch dies dient der Vereinfachung der Montage.
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Weiter kann es von Vorteil sein, wenn das Zwischenstück nach Art eines Käfigs aus zwei Halbschalen aufgebaut ist. Die zwei Halbschalen können einfach miteinander verbunden werden und dienen somit bei der Montage gleichzeitig als eine Positionierungshilfe für die Spindelmutter.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn am Zwischenstück innere Formschlusseinrichtungen vorhanden sind, die mit Gegenformschlusseinrichtungen des Verbindungsstücks formschlüssig aber gelenkig verbunden sind und/oder wenn am Zwischenstück äußere Formschlussvorrichtungen vorhanden sind, die mit Gegenformschlussvorrichtungen des Antriebsbauteils formschlüssig aber gelenkig verbunden sind. Dadurch ist das Zwischenstück sowohl mit dem Verbindungsstück als auch mit dem Antriebsbauteil per Formschluss verbindbar.
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Hierbei ist von Vorteil, wenn die Formschlusseinrichtungen, Gegenformschlusseinrichtungen, Formschlussvorrichtungen und Gegenformschlussvorrichtungen einerseits als Ausnehmungen oder Durchgangs-/Sack-Löcher, mit vorzugsweise kreisrundem Querschnitt, und/oder andererseits als Vorsprünge oder Lager-/Mitnehmer-Zapfen, mit vorzugsweise kreisrunder Außenkontur, ausgebildet sind.
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Ferner von Vorteil ist es, wenn in Längsrichtung der Spindelmutter gesehen vor und nach den Formschlusseinrichtungen und/oder Formschlussvorrichtungen jeweils ein Haltering angeordnet ist. Dieser dient der Positionierung und Sicherung der mittels der Formschlusseinrichtungen und/oder -vorrichtungen verbundenen Komponenten.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn zwischen einer balligen Außenoberfläche des Zwischenstücks und einer Innenfläche des als rotorfestes Bauteil ausgebildeten Antriebsteils ein Spalt vorhanden ist. Dieser vereinfacht das Einsetzen der Halteringe und die relative Positionierung der Bauteile zueinander während der Montage.
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Die Erfindung betrifft auch eine Schalteinheit, etwa nach Art eines modularen Kupplungsaktors (MCA) mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, wobei ein Betätigungshebel an der Spindelstange angeschlossen ist.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass die Drehmomentübertragung vom Rotor auf die Spindelmutter nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, über ein Kugelgelenk, sondern über ein Gelenk, ähnlich einem Kardangelenk erfolgt. Hierbei ist erfindungsgemäß ein, ggf. aus Montagegründen mehrteiliges, Zwischenstück vorgesehen, welches sich gegenüber dem Rotor (antreibendes Element) lediglich um eine Achse verdrehen kann. Die Mutter (angetriebenes Element) kann sich gegenüber dem Zwischenstück ebenfalls lediglich um eine andere Achse verdrehen. Diese Drehachse steht weitgehend senkrecht auf der Drehachse zwischen Mutter und Zwischenstück und schneidet diese vorzugsweise.
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Somit kann man sagen, dass die Erfindung vorsieht, Bauraum zu sparen und den Verschleiß zu minimieren, indem das Kugelgelenk durch ein mehrteiliges Gelenk mit einem ersten Zwischenstück, welches eine Beweglichkeit um eine erste Achse vorgibt, und einem zweiten Verbindungsteil, welches sich in Richtung der Spindel erstreckt und eine Beweglichkeit in eine Richtung senkrecht dazu zum Ausgleich von Bewegungen der Pleuelstange vorsieht. Somit sind gerade nur zwei Freiheitsgrade gegeben, wodurch weniger Reibung erzeugt wird und die Konstruktion kleiner ausfallen kann. Ferner können auf diese Weise statt großer Reibwege am Umfang des Kugelgelenks lediglich vergleichsweise kleine Umfangsreibwege an den Lagerungen entstehen, da der Reibradius der Lagerzapfen deutlich kleiner gewählt werden kann als der Radius der Gelenkkugel.
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Ferner lassen sich die Kontaktflächen zur Drehmomentübertragung größer darstellen als bei der Kugelgelenk-Lösung, ergo Flächenkontakt statt Linienkontakt, sodass der Verschleiß weiter minimiert werden kann. Bei einem Flächenkontakt ist im Vergleich zu einem Linienkontakt die Hertzsche Pressung geringer, wodurch eine kleinere Ausführung der Zapfen möglich ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung;
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2 eine Längsschnittansicht eines Gelenks bzw. eines Gelenksystems der Betätigungsvorrichtung;
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3 eine perspektivische Explosionsansicht des Gelenks; und
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4 eine perspektivische Ansicht des Gelenksystems.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.
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1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Betätigungsvorrichtung 1, wie sie für ein Kraftfahrzeuggetriebe, etwa ein Automatikgetriebe, eingesetzt wird. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Spindelmutter 2 auf, die an einer Spindelstange 3 angreift. Eine Rotation der Spindelmutter 2 bewirkt eine Längsbewegung der Spindelstange 3, welche zum Verstellen eines Betätigungshebels 4 dient. Die Spindelmutter 2 ist über ein Kardangelenk 5 mit einem Antriebsbauteil 6, wie bspw. ein Rotor 7 verbunden, welches die Spindelmutter 2 in Drehbewegung versetzen kann.
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Als Gegenstück zum Rotor 7 weist die Betätigungsvorrichtung 1 auch einen Stator 8 auf, der drehfest mit der Betätigungsvorrichtung 1 verbunden ist. Des Weiteren weist die Betätigungsvorrichtung 1 auch einen Faltenbalg 9 auf, der zum Schutz der Spindelstange 3 und/oder einer Koppelstange 10 dient und an einem Ende an einem Gehäuse 11 der Betätigungsvorrichtung 1 und an einem anderen Ende an der Koppelstange 10 befestigt ist.
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2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des die Spindelmutter 2 mit dem Rotor 7 verbindenden Kardangelenks 5. Das Kardangelenk 5 umfasst ein Zwischenstück 12 sowie ein Verbindungsstück 13. Das Zwischenstück 12 ist nach Art eines Käfig 14, welcher die Spindelmutter 2 umgibt, ausgebildet und weist in der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform zwei Halbschalen 15, 16 auf.
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Das Zwischenstück 12 ist dabei so ausgebildet, dass es geometrisch wie auch stofflich eine Beweglichkeit um eine erste Achse A1 gewährleistet bzw. vorgibt, wobei diese erste Achse A1 quer, vorzugsweise senkrecht, zur Längsachse A der Spindelmutter 2 ausgerichtet ist. Das Verbindungsstück 13 ist geometrisch und stofflich derart ausgebildet, dass es eine Beweglichkeit um eine zweite Achse A2 gewährleistet / vorgibt, welche sowohl zur ersten Achse A1 sowie zur Längsachse A der Spindelmutter 2 quer ausgerichtet ist.
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Das Zwischenstück 12 weist an beiden Halbschalen 15, 16 jeweils Formschlusseinrichtungen 17 auf, die in der hier dargestellten Ausführungsform in Form von (Durchgangs-)Löchern 18 ausgebildet sind. In diese Formschlusseinrichtungen 17 greifen Gegenformschlusseinrichtungen 19 ein, die hier in Form eines Lagerzapfens 20 am Verbindungsstück 13 ausgebildet sind.
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Ferner weist das Zwischenstück 12 äußere Formschlussvorrichtungen 21 auf, die jeweils in Form von halbkreisförmigen Ausnehmungen 22 in beiden Halbschalen 15, 16 ausgebildet sind. In diese Ausnehmungen 22 greifen Gegenformschlussvorrichtungen 23, wie bspw. ein Mitnehmerzapfen 24 ein, die am Antriebsbauteil 6 (hier, im Rotor 7) vorgesehen sind.
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Über die Formschlusseinrichtungen 17 und die Gegenformschlusseinrichtungen 19 sind das Zwischenstück 12 und das Verbindungsstück 13 formschlüssig, jedoch gelenkig miteinander verbunden. Über die Formschlussvorrichtungen 21 und die Gegenformschlussvorrichtungen 23 sind das Zwischenstück 12 und das Antriebsbauteil 6 (hier der Rotor 7) formschlüssig, jedoch gelenkig verbunden.
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3 zeigt eine Längsschnittansicht des Kardangelenks 5 im zusammengebauten Zustand. Hierbei ist zu erkennen, dass das Verbindungsstück 13 und die Spindelmutter 2 einstückig ausgebildet sind und in Längsrichtung der Spindelmutter 2 gesehen beidseitig der Gegenformschlusseinrichtungen 19 jeweils ein Haltering 25 (siehe auch 2) in einem Spalt 26 angeordnet ist. Dieser Spalt 26 befindet sich zwischen einer ballig ausgebildeten Außenoberfläche 27 des Zwischenstücks 12 (siehe 2) und einer Innenfläche 28 des Antriebsteils 6. Ferner ist in 2 ein Schwenkwinkel α eingezeichnet, der eine Verschwenkung der Spindelmutter 2 um deren Längsachse A angibt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kardangelenks 5 mit der Spindelmutter 2 und dem zweiteilig ausgeführten, die Spindelmutter 2 in Drehbewegung versetzbaren Rotor 7.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Spindelmutter
- 3
- Spindelstange
- 4
- Betätigungshebel
- 5
- Kardangelenk
- 6
- Antriebsbauteil
- 7
- Rotor
- 8
- Stator
- 9
- Faltenbalg
- 10
- Koppelstange
- 11
- Gehäuse
- 12
- Zwischenstück
- 13
- Verbindungsstück
- 14
- Käfig
- 15
- Halbschale
- 16
- Halbschale
- 17
- Formschlusseinrichtung
- 18
- (Durchgangs-)Loch
- 19
- Gegenformschlusseinrichtung
- 20
- Lagerzapfen
- 21
- Formschlussvorrichtung
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Gegenformschlussvorrichtung
- 24
- Mitnehmerzapfen
- 25
- Haltering
- 26
- Spalt
- 27
- Außenfläche
- 28
- Innenfläche
- A
- Längsachse
- A1
- erste Achse
- A2
- zweite Achse
- α
- Schwenkwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009013404 A1 [0002]
- WO 2015/149775 A1 [0003]
- WO 2015/070850 A1 [0004]
- DE 102015212645 A1 [0005]
- DE 102016206749 A1 [0006]
- DE 102016208825 A1 [0007, 0009]