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Title:
ACTUATOR FOR A CLUTCH HAVING AN EMERGENCY CLOSING FUNCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/020738
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator (2) for activating a clutch (4) in a vehicle, having an electrical drive (12) and a hydraulic system (24), wherein the actuator (2) can be connected to a clutch element (4) of the vehicle using the hydraulic system (24), wherein the electrical drive (12) is coupled to the hydraulic system (24) and wherein the clutch element (4) can be actuated using the electrical drive (12), characterized in that the actuator (2) further has an additional closing device (32) for redundant actuating of the clutch element (4).

Inventors:
WEBER, Werner (Goethestr 92, Vaihingen, 71665, DE)
Application Number:
EP2012/060954
Publication Date:
February 14, 2013
Filing Date:
June 11, 2012
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
WEBER, Werner (Goethestr 92, Vaihingen, 71665, DE)
International Classes:
F16D29/00; F16D27/00
Foreign References:
EP1239177A1
US20020063031A1
GB2279124A
EP1160474A2
DE19723362A1
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Aktor (2) zur Ansteuerung einer Kupplung (4) in einem Fahrzeug,

aufweisend

einen Elektroantrieb (12), und

ein Hydrauliksystem (24),

wobei der Aktor (2) unter Verwendung des Hydrauliksystems (24) an ein Kupplungselement (4) des Fahrzeuges anschließbar ist;

wobei der Elektroantrieb (12) mit dem Hydrauliksystem (24) gekoppelt ist; und

wobei unter Verwendung des Elektroantriebes (12) das

Kupplungselement (4) betätigbar ist;

dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) weiterhin aufweist

eine Zusatzschließeinrichtung (32) zur redundanten Betätigung des Kupplungselementes (4).

2. Aktor gemäß Anspruch 1 ,

wobei die Zusatzschließeinrichtung (32) als eine elektromechanische Zusatzschließeinrichtung oder als ein weiterer Elektroantrieb (58)

ausgebildet ist.

3. Aktor gemäß Anspruch 1 oder 2,

wobei der Elektroantrieb (12) ein Rotorelement (14,14') aufweist, welches eingerichtet ist unter Verwendung des Hydrauliksystems (24) das Kupplungselement (4) zu betätigen; und

wobei die Zusatzschließeinrichtung (32) ebenfalls auf das Rotorelement (14,14') wirkt.

4. Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Kolbenelement (19), funktional angebracht am Rotorelement (14) und eingerichtet zur Betätigung des Kupplungselementes (4) unter

Verwendung des Hydrauliksystems (24), wobei das Kolbenelement (19) betätigbar ist sowohl durch den

Elektroantrieb (12) als auch durch die Zusatzschließeinrichtung (32).

5. Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Zusatzschließeinrichtung (32) eingerichtet ist, das

Kupplungselement (4) bei einem Defekt des Elektroantriebes (12) oder dessen Ansteuerung in einen Notbetriebszustand überzuführen,

insbesondere in einen geschlossenen Zustand überzuführen.

6. Aktor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche;

wobei die Zusatzschließeinrichtung (32)

ein Zahnradelement (34), angebracht am Rotorelement (14,14'), und

eine Notschließeinrichtung (33) zur Betätigung des Zahnradelementes (34) aufweist.

7. Aktor gemäß Anspruch 6,

wobei die Notschließeinrichtung (33) eingerichtet ist, eine im

Wesentlichen oszillierende bzw. wiederholende Bewegung auszuführen und dabei in einzelne Zahnelemente des Zahnradelementes (34) einzugreifen um dieses um einen definierten Winkel zu versetzen.

8. Fahrzeug, aufweisend zumindest einen Aktor (2) gemäß einem der

vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Aktor für eine Kupplung mit Notschließfunktion

Die vorliegende Erfindung betrifft Kupplungstechnik in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Aktoren für Kupplungen in Hybridfahrzeugen. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Kupplungsaktor mit Notschließfunktion.

Stand der Technik

Hybridfahrzeuge in der Ausführung als Parallelhybrid, Strong Hybrid und Plug-in Hybrid weisen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor eine

Kupplung auf, die es insbesondere ermöglicht, einen Verbrennungsmotor in den Antriebsstrang nachfolgend einer elektrischen Maschine einzukoppeln bzw. von dieser zu trennen. Hierdurch wird erreicht, dass beispielsweise bei rein elektrischem Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor nicht mitgeschleppt werden muss, somit Energie eingespart werden kann. Entsprechendes gilt auch für konventionelle Fahrzeuge ohne elektrische Maschine, bei denen zum Zweck der Energieeinsparung beim Ausrollen des Fahrzeugs automatisiert ausgekuppelt werden kann. Eine solche Kupplung wird bei herkömmlicher Ausgestaltung durch einen elektrohydraulischen Aktor geöffnet. Der Aktor verschiebt dabei ein Volumen einer hydraulischen Flüssigkeit über eine Druckleitung in einen Nehmerzylinder eines Kupplungsausrückers. Ist die Kupplung unbetätigt geschlossen, so arbeitet der Aktor zum Öffnen der Kupplung gegen die Kupplungsfeder.

Figur 1 zeigt einen solchen schematischen Aufbau. Ein Antriebsstrang 5 ist mit elektrischer Maschine 8 verbunden, welche unter Verwendung eines

Kupplungselementes 10a und eines Getriebeelementes 10b exemplarisch mit einer Achse, beispielsweise der Hinterachse 10c eines Fahrzeuges, verbunden ist und hierüber die Räder des Fahrzeugs antreibt, z.B. Rad lOd. Am Antriebsstrang 5 nachfolgend der elektrischen Maschine 8 angeschlossen ist ein weiteres Kupplungselement 4, welches eingerichtet ist, Verbrennungsmotor 6 an den Antriebsstrang 5 an- und abzukoppeln. Aktor 2 wirkt über Hydraulik 24 auf Kupplung 4 und ermöglicht dadurch ein Einbzw. Auskoppeln des Verbrennungsmotors 6 vom Antriebsstrang 5.

In solch einem beschriebenen System, ist die Kupplung bevorzugt drucklos geschlossen ausgebildet. Hieraus ergibt sich insbesondere, dass bei einem Defekt des Aktors, bei entsprechender Konstruktion desselben, ein Schließen der

Kupplung mittels der Kraft der Kupplungsfeder möglich ist. Dies ermöglicht dem Fahrzeug eine konventionelle Weiterfahrt allein mit dem Verbrennungsmotor, jedoch ohne hybridischen Betrieb. Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau eines herkömmlichen Kupplungsaktors.

Aktor 2 ist beispielsweise derart konstruiert, dass im Geberzylinder 19 Kolben 20 über einen Spindeltrieb, bestehend aus Spindelwelle 14, Spindelmutter 16 sowie geeigneter Längsführung 18, bewegt wird. Elektromotor 12 treibt hierbei

Spindelwelle 14 an.

Die Spindelsteigung ist hierbei derart geeignet zu wählen, dass in einem

Fehlerfall ein Schließen der Kupplung aus der Federkraft der (nicht näher dargestellten) Kupplungsfeder möglich ist. Falls hierbei aufgrund der konstruktiven Auslegung des Kupplungssystems der

Kolben nicht in seine Ruheposition gefahren wird, in der Darstellung der Figur 2 nach rechts in Richtung des Elektromotors 12, kann sich ergeben, dass die Schnüffelbohrung 22 vom Kolben 20 nicht freigegeben wird. Hierbei kann sich nun im Weiteren bei einer Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit 24 ein

Druckaufbau ergeben, welcher nicht auf herkömmliche Weise über die

Schnüffelbohrung 22 zu einem Nachlaufbehälter 23 abgebaut werden kann.

Ein solcher Druckaufbau kann dabei derart kontinuierlich erfolgen, dass ein Losdrehen der Spindel nicht sichergestellt ist, weil die Haftreibung zwischen Spindelwelle 14 und Spindelmutter 16 sowie in den Lagern der Spindelwelle 14 und des Elektromotors 12 genauso ansteigt wie das Drehmoment, welches auf die Spindelwelle 14 aufgrund des Druckes im hydraulischen System 24 wirkt. In solch einem Fall führt die Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit zu einer

(geringfügigen) Ausdehnung derselben, was letztendlich zu einer (ebenso geringfügigen) Öffnung der Kupplung und somit einer Reduzierung des übertragbaren Antriebsmomentes führen kann. Dies geschieht, da der

Nachlaufbehälter 23 über Schnüffelbohrung 22 aufgrund der Position des Kolbens 20 im Zylinder 19 nicht erreicht werden kann bzw. nicht freigegeben ist, um die Ausdehnung der Hydraulikflüssigkeit ohne Druckaufbau zu erlauben. Energetisch günstiger sind in diesem Zusammenhang jedoch selbstsperrende

Getriebe, die beim Offenhalten der Kupplung keine Stellenergie benötigen. Diese ermöglichen jedoch wiederum regelmäßig kein selbstständiges Schließen der Kupplung im Fehlerfall. Auch hierbei kann ein erfindungsgemäßer Aktor verwendet werden und durch ein, möglicherweise verlangsamtes, Schließen der Kupplung ein Weiterfahren ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist die redundante Betätigung eines

Kupplungselementes.

Demgemäß wird ein Aktor zur Ansteuerung einer Kupplung in einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, aufweisend zumindest einen erfindungsgemäßen Aktor, gemäß der unabhängigen Patentansprüche angezeigt. Bevorzugte

Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Zur Überwindung der Selbstsperrung wird ein Aktor bereitgestellt, welcher über eine Zusatzeinrichtung zur redundanten Betätigung des Kupplungselementes verfügt, somit zum Schließen des Kupplungselementes in einem Fehlerfall.

Eine Ansteuerung dieser Zusatzeinrichtung kann beispielsweise aus der Aktorelektronik selbst erfolgen, welche einen Fehlerfall detektiert hat oder aber, beispielsweise zur Realisierung erhöhter Verfügbarkeit, aus einem separaten Steuergerät. Besonders bevorzugt ist hierbei die Ansteuerung aus dem

Steuergerät des Verbrennungsmotors oder dem Fahrzeugsteuergerät selbst.

Hierdurch wird ein sicheres Zurückführen des Aktors bis in die Ruhestellung realisiert, somit auch ein Schließen der Kupplung im Fehlerfall und damit der Anbindung des Verbrennungsmotors an den Antriebsstrang.

Eine solche Zusatzeinrichtung, zum Beispiel eine elektromechanische

Zusatzschließeinrichtung, muss hierbei nicht zwingend eine dem Normalbetrieb des Aktors vergleichbare Dynamik aufweisen. Vielmehr kann der Schließvorgang der Kupplung unter Verwendung der Zusatzschließeinrichtung, somit das Notschließen der Kupplung im Fehlerfall, verlangsamt erfolgen. Hierdurch ist es beispielsweise auch möglich, dass die Zusatzschließeinrichtung bzw. einzelne Komponenten derselben, wie zum Beispiel ein Elektromagnet oder ein

Elektromotor, für das Notschließen gesteuert und nicht geregelt betrieben werden müssen.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines

Hybridfahrzeuges;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Aktors;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines

Hybridfahrzeuges mit einem Kupplungsaktor mit Notschließfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 eine exemplarische Ausgestaltung eines Aktors mit

Notschließeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; Figur 5 eine detaillierte Darstellung der Notschließeinrichtung des Aktors der

Figur 4; und

Figur 6 eine weitere exemplarische Ausgestaltung eines Aktors mit

Notschließeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines

Hybridfahrzeuges mit einem Kupplungsaktor mit Notschließfunktion gemäß vorliegenden Erfindung. Die einzelnen Komponenten des Fahrzeuges bleiben hierbei im Wesentlichen unverändert, einzig der Aktor 2 weist zusätzlich eine Zusatzschließeinrichtung 32, beispielsweise eine elektromechanische Zusatzschließeinrichtung, auf.

Während der Aktor 2' von einem Steuergerät 30, beispielsweise einem

Motorsteuergerät, über einen Fahrzeugkommunikationsbus 26, z.B. CAN-Bus oder FlexRay, angesteuert wird, kann die elektromechanische

Zusatzschließeinrichtung 32 vom Steuergerät 30 über diskrete Leitungen 28 angesteuert werden, beispielsweise aus einer Endstufe 31 des Steuergerätes 30. Endstufe 31 kann hierbei z.B. für den Betrieb der elektromechanischen

Zusatzschließeinrichtung 32 benötigte Energie dieser über die diskreten

Leitungen 28 bereitstellen.

Im Falle, dass Aktor 2' ausfällt bzw. einen Defekt aufweist und seine Funktion des Öffnens bzw. Schließens der Kupplung 4 zur Ankupplung des

Verbrennungsmotors 6 nicht mehr erfüllen kann, ist die elektromechanische Zusatzschließeinrichtung 32 eingerichtet, diese Funktion zu übernehmen.

Weiter Bezug nehmend auf Figur 4 wird eine exemplarische Ausgestaltung eines Aktors mit Notschließeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Aktor 2 gemäß Figur 4 entspricht hierbei im Wesentlichen dem Aktor 2 gemäß Figur 2, wobei Spindelwelle 14 im Wesentlichen durch Elektromotor 12 verlängert in eine Motorwelle 14' überführt wird. Spindelwelle 14 und Motorwelle 14' können einstückig ausgeführt sein und somit dasselbe Element darstellen.

Diese Motorwelle 14' ermöglicht das Angreifen der Notschließeinrichtung 32 unter Verwendung eines Zahnrades 34.

Die Notschließeinrichtung vermag somit unter Verwendung des Zahnrades 34 die Motorwelle 14' und damit die Spindelwelle 14 zu betätigen. Diese Betätigung kann zumindest teilweise, mit reduzierter Dynamik, die Funktion des

Elektromotors übernehmen. Weiter Bezug nehmend auf Figur 5 wird eine detaillierte Darstellung der

Notschließeinrichtung des Aktors der Figur 4 dargestellt.

Die exemplarische Ausgestaltung der Notschließeinrichtung 32 der Figur 5 besteht aus einem auf einer Achse 47 angeordnetem Elektromagneten 42, und weist weiterhin einen ferromagnetischen Anker 48 sowie eine Spule 46 mit Joch 44 auf.

Elektromagnet 42 wirkt hierbei derart auf Achse 47, so dass diese wiederholt bzw. oszillierend Seitenbewegungen (in Figur 5 nach links sowie rechts) ausführt. Beispielsweise übt Elektromagnet 42 bei Aktivierung eine Beschleunigung auf Achse 47 aus, so dass diese nach links in Richtung des Zahnrades 34 bewegt wird. Hierdurch ergibt sich pro Auslenkung der Achse 47 eine Weiterstellung des Zahnrades 34 um zumindest einen Zahn.

Eine Feder 50, beispielsweise eine Rückholfeder, an einer der beiden

Längsführungen 36 der Notschließeinrichtung 32, übt nach erfolgter Bewegung in Richtung des Zahnrades 34 eine sich mit der Auslenkung kontinuierlich erhöhende Rückstellkraft auf. Das Ende der Achse 47, welches in Berührung mit den Zähnen des Zahnrades 34 ist, weist eine drehbar gelagerte Klinke 38 auf, welche zunächst über ein Federelement 40, beispielsweise eine Blattfeder 40, in der Ebene der Achse 47 gehalten wird.

Über eine Achse 49 ist Klinke 38 drehbar gelagert. Hierdurch kann Klinke 38 bei einer Drehbewegung des Zahnrades 34 in Figur 5 exemplarisch nach oben ausweichen, um einem nachrückenden Zahn des Zahnrades 34 Platz zu geben. Nach Rückstellung der Achse 47 unter Verwendung der Rückholfeder 50 drückt Blattfeder 40 die Klinke 38 über Rotationsachse 49 wieder in die Ruheposition zurück, um bei einer erneuten Auslenkung 47 unter Verwendung des

Elektromagneten 42 in einen weiteren Zahn des Zahnrades 34 eingreifen zu können.

Die Notschließeinrichtung 32 besteht somit aus einem Elektromagnet 42, welcher seine Bewegungsenergie mittels Klinke 38 auf Zahnrad 34 mit zum Beispiel sägezahnförmig ausgebildeten Zähnen abgeben kann. Hierbei wird Zahnrad 34 zumindest um einen Zahn weiterbewegt, die Welle 14 somit schrittweise angetrieben.

Hierbei ist vorteilhaft, dass die Bewegung der für den Notschließvorgang der Kupplung 4 nie gegen die Kraft der Kupplungsfeder erfolgt, sondern immer in deren Richtung, welche auch von der Kupplungsfeder unterstützt wird. Die Antriebseinrichtung der Notschließeinrichtung 32 besitzt hierbei einen Freilauf, der durch die Auslenkung der um Achse 49 drehbar ausgeführten Klinke 38 realisiert wird. Die Ruheposition stellt sich aufgrund der Kraft der Rückholfeder 50 ein.

Weiterhin mag Anschlag 56 sowie eine eventuell notwendige Zusatzmasse 54 vorgesehen sein.

Weiterhin Bezug nehmend auf Figur 6 wird eine weitere exemplarische

Ausgestaltung eines Aktors mit Notschließeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Eine weitere Ausführungsform gemäß Figur 6 verwendet anstatt der

Notschließeinrichtung 32 gemäß Figur 5 einen Zusatzelektromotor 58 als Notschließelektromotor. Dieser ist über Getriebe 60 an Elektromotor 12 und wiederum an eine Verlängerung der Spindelwelle 14' angeschlossen. Der Notschließelektromotor 58, vergleichbar mit der Notschließeinrichtung 32 gemäß Figur 5, verwendet exemplarisch zwei oder mehrere Wicklungsstränge. Diese können zur Vereinfachung der Ansteuerelektronik zum Beispiel auch nur in eine Richtung bestromt werden. Notschließelektromotor 58 wird vorteilhafterweise exemplarisch als Reluktanzmotor ausgeführt .welcher als Schrittmotor betrieben wird.

Der Motor 58 wirkt über Getriebe 60 auf Welle 14 des Hauptantriebs. Falle, dass der Notschließelektromotor 58 als permanentmagnetisch erregte

Synchronmaschine ausgeführt ist, ist zur Vermeidung von Verlustmomenten beim Normalbetrieb des Aktors 2 eine elektromagnetisch gesteuerte Kupplung zwischen Zusatzantrieb 58 und Hauptantrieb des Aktors 2 sinnvoll. Diese Kupplung wird bevorzugt ebenfalls aus dem Verbrennungsmotorsteuergerät 30 oder einem anderen geeigneten Steuergerät, beispielsweise dem

Fahrzeugsteuergerät, angesteuert.

Ein erfindungsgemäßes Notantriebskonzept mit einem Elektromagneten gemäß Figur 5 oder einem zweiten Zusatzelektromotor 58 gemäß Figur 6 lässt sich auch bei elektromechanischen Systemen einsetzen.