Verstelleinrichtung für Kupplungen oder Getriebebremsen, insbesondere von Kraftfahrzeugen

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für Kupplungen oder Getriebebremsen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, umfassend ein motorisches Stellelement und ein über dieses linear verschiebbares Auflagerelement, das einen Auflage- und Drehpunkt für einen Hebel bildet.

Hintergrund der Erfindung

üblicherweise werden Kupplungen über einen Hebel, der eine unveränderliche Hebellänge aufweist, betätigt, der während der Hebelbewegung mit zunehmender Kraft zu betätigen ist. Bekannt ist aber auch, die Kupplung über einen Zentralausrücker zu betätigen, wobei dieser Zentralausrücker von einem Elektromotor angetrieben wird. Nachteilig dabei ist, dass der Elektromotor sein maximales Moment abgeben muss, um die Kupplung zu schließen, wozu er voll bestromt werden muss. Nach dem Schließen der Kupplung muss der Elektromotor durch eine zusätzliche Bremse sofort und abrupt wieder abgebremst werden, um eine Beschädigung der Kupplung oder des Zentralausrückers zu vermeiden. Aufgrund des hohen Strombedarfs des Elektromotors während des Ausrückvorgangs ist keine aktive Regelung der Anpresskraft und damit des zu übertragenden Drehmoments möglich.

Zur Betätigung von Bremsen in einem Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere von Automatikgetrieben, werden üblicherweise eine Vielzahl so genannter Lamellenpakete hydraulisch zusammengepresst.

Neben dem Umstand, dass eine Regelung der Anpresskraft bei den bekannten Systemen nicht möglich ist, ist ein weiterer Nachteil darin zu sehen, dass die

hierfür erforderlichen Hebelsysteme relativ viel Platz benötigen bzw. bei hydraulischen Schließsystemen für die Lamellenpakete ein hydraulisches System vorhanden sein muss, das über eine zusätzliche hydraulische Pumpe betätigt werden muss.

Aus der deutschen Patentanmeldung 10 2004 009 832.8 ist ein Hebelsystem zum Betätigen von Kupplungen oder Getriebebremsen bekannt, das zwei Hebel umfasst, von denen der eine feststehend, also unbewegt ist und als Gegenlagerfläche dient, während der andere vorzugsweise gebogen und beweglich ist und beispielsweise mit einem Ausrücklager einer Kupplung verbunden ist. Zwischen beiden Hebeln, also dem beweglichen Hebel und der Gegenlagerfläche, ist ein über ein motorisches Stellelement linear verschiebbares Auflagerelement vorgesehen, das längs der Hebel verschoben werden kann, wobei sich je nach Stellung der Auflage- und Drehpunkt, den das Auflagerelement für den Hebel bietet, verändert. Am der Kopplung zum Ausrücklager gegenüberliegenden Ende des beweglichen Hebels ist ein Energiespeicher vorgesehen, der die Hebelbetätigung beim Ausrücken unterstützen kann, wobei der Grad der Unterstützung von der Position des Auflagerelements, mithin also von der Position des Auflage- und Drehpunkts des gebogenen, beweglichen Hebels abhängt. Auf diese Weise kann also die Kraftbilanz je nachdem, welcher Vorgang eingeleitet werden soll, variiert werden. In der Ruhelage des Hebelsystems befindet sich das Auflagerelement, also der Auflage- und Drehpunkt im Wesentlichen in der Nähe des Energiespeichers, so dass dieser keine Kraft auf den Hebel ausübt. Soll nun die Kupplung oder Bremse geschlossen werden, so wird der Auflage- und Drehpunkt durch lineares Verschieben des Auflagerelements in Richtung des beispielsweise mit dem Ausrücklager gekoppelten Hebelendes bewegt, so dass sich die effektive Hebellänge des beweglichen Hebels verändert. Aufgrund des Hebelgesetzes übt der Energiespeicher mit zunehmender Entfernung des Auflage- und Drehpunkts vom Energiespeicher eine zunehmend stärkere Kraft auf den Hebel aus, die die dem Schließen der Kupplung oder Bremsen dienende „Hauptkraft" unterstützt. In entsprechender Weise wird durch Zurückziehen des Auflagerelements zum Energiespeicher hin die Entlastung der Kupplung unterstützt.

Bei dem aus dieser Patentanmeldung bekannten Ausrücksystem ist das Auflagerelement an dem unbewegten, eine gerade Gegenlagerfläche bildenden E- lement oder Hebel über zwei Rollen, die am Hebel gleitseitengeführt sind, ge- führt. Diese Gleitseitenführung ist insofern problematisch, als hieraus beim Linearverschieben eine erhöhte Reibung und damit verbunden ein erhöhter Verschleiß resultiert, was zu Lasten der Lebensdauer geht. Aufgrund der während der Linearbewegung wechselnden Kraftverhältnisse variiert die Reibung im übrigen sehr stark.

Demgegenüber ist aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 021 633 eine Verstelleinrichtung bekannt, bei der das Auflagerelement als linear beweglicher Verschiebeschlitten ausgebildet ist und eine wälz- körpergeführte Linearführung mit Wälzkörperrückführung aufweist, über die der Schiebeschlitten an der ebenen Gegenlagerfläche geführt ist. Bei der dort beschriebenen Verstelleinrichtung erfolgt die Bewegungskopplung zwischen dem Stellmotor und dem Verschiebeschlitten über eine Gewindespindel, auf der der Verschiebeschlitten über ein Kugelgetriebe oder Rollengetriebe geführt ist. Die Gewindespindel wird über den Stellmotor gedreht. Im Stellelement selbst ist z.B. eine entsprechende Kugelmutter vorgesehen, die eine entsprechende Kugelrückführung für die auf der Gewindespindel laufenden Kugel aufweist. Die Integration dieses Kugelgewindetriebes, der auch als Rollentrieb ausgeführt sein kann, in den Verschiebeschlitten führt zu einer beachtlichen Bauhöhe dieses Hebelausrücksystems. Bei einem solchen Hebelausrücksystems hat jedoch bei drehende Gewindelspindel den Nachteil, dass die zentral angeordnete Spindel mit Mutter die Steifigkeit des Systems sehr stark beeinflusst. Um der Forderung nach einer Verkleinerung der Bauhöhe nachzukommen, und die Querschnitte minimal zu schwächen ist es erforderlich, den Spindeldurchmesser unverhältnismäßig klein zu dimensionieren. Dies erfordert wiederum eine aufwändige Mikrobauweise der Kugelmutter oder Rollenmutter mit entsprechend kleinen Wälzkörpern, womit nur eine geringe Tragfähigkeit und damit Lebensdauer erreicht werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Verstelleinrichtung, also ein Hebelausrücksystem, anzugeben, das eine möglichst geringe Bauhöhe aufweist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Verstelleinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Auflagerelement als Verschiebeschlitten ausgebildet ist, an dem eine feststehende Gewindespindel angeordnet ist, auf der eine über das Stellelement angetriebene lagefeste Mutter läuft.

Auch bei der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung kommt eine Gewindespindel zum Einsatz, jedoch dreht diese nicht, sondern ist fest mit dem Verschiebe- schütten verbunden. Anders als im Stand der Technik erfolgt hier die Bewegungskopplung der feststehenden Gewindespindel zum motorischen Stellelement über die vom Stellelement rotierend angetriebene Mutter. Bei einer Rotation der Mutter wird die Gewindespindel je nach Drehrichtung in die Mutter eingezogen oder aus ihr herausgeschoben, mithin also der Verschiebeschlitten entweder zum feststehenden Stellmotor hingezogen oder von diesem wegbewegt.

Die erfindungsgemäße Lösung, nämlich die Spindel-Mutter-Kopplung extern zum Verschiebeschlitten vorzusehen, beziehungsweise an diesem die Gewin- despindel lediglich lagefest anzuordnen, ermöglicht eine beachtliche Verminderung der Bauhöhe, nachdem dort kein Bauraum zur Integration der Mutter mehr vorzusehen ist, vielmehr ist lediglich eine einfach konzipierbare mechanisch feste Kopplung der Gewindespindel mit dem Verschiebeschlitten beziehungsweise einem entsprechenden Gehäuseabschnitt oder dergleichen vorzusehen, was durch eine einfache Schnapp-Rast-Verbindung oder Schraubverbindung etc. ohne weiteres bewerkstelligt werden kann.

Nach einer ersten Erfindungsalternative kann die Mutter in axialer Verlängerung

an einem Rotor des Stellelements angeordnet sein. Bei dieser Erfindungsausgestaltung wird also die Mutter als separates Bauteil hergestellt und mit dem Rotor in dessen axialer Verlängerung angeordnet. Sie befindet sich in diesem Fall also außerhalb des Motorgehäuses. Die Gewindespindel durchsetzt die Mutter und läuft in den als Hohlwelle ausgeführten Rotor, so dass hinreichend axiale Bewegungslänge gegeben ist.

Eine alternative Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass die Mutter direkt am Rotor selbst ausgebildet ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung befindet sich also die Verbindung Gewindespindel-Mutter direkt am beziehungsweise im Rotor. Hierzu ist die Rotorinnenwand entsprechend profiliert, weist also den Mutter-Gewindezug auf, der für die Bewegungskopplung mit der Gewindespindel erforderlich ist.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, eine Gleitkopplung zwischen Mutter und Gewindespindel vorzusehen, mithin also die Mutter mit ihrem Gewindezug unmittelbar in den Gewindezug der Gewindespindel eingreifen zu lassen. In diesem Fall ist also die Mutter unmittelbar mit der Gewindestange bewegungsgekoppelt.

Alternativ hierzu kann die Mutter und die Gewindespindel aber auch einen RoII- körpergewindetrieb bilden, bei dem in bekannter Weise zwischen der Mutter und der Gewindespindel Rollkörper laufen, so dass es während der Bewegung lediglich zu einer rollenden, nicht aber zu einer gleitenden Reibung wie bei ei- nem unmittelbaren Zusammenwirken zwischen Mutter und Gewindespindel kommt. Eine rollende Reibung ist aber um einen Faktor 10 oder mehr geringer als eine gleitende Reibung, was im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit der Bewegungskopplung von Vorteil ist.

Die Mutter selbst kann nach einer Erfindungsausgestaltung eine Kugelmutter sein. Sofern an der Gewindespindel und der Mutter mehrere Gänge vorgesehen sind, ist es ausreichend, pro Gewindegang nur eine Kugel vorzusehen, auf eine Kugelrückführung kann in diesem Fall verzichtet werden. Eine solche Mutter

baut jedoch axial gesehen länger, die Tragfähigkeit ist nicht so groß wie bei einer Kugelmutter mit Kugelrückführung, die als Alternative verwendet werden kann. Bei einer Kugelmutter mit Kugelrückführung weist die Gewindespindel wie auch die Mutter selbst üblicherweise nur einen Gewindegang auf, auf dem die mehreren Kugeln laufen, die über die Kugelrückführung kontinuierlich wieder zurückgesetzt werden.

Alternativ zur Verwendung einer Kugelmutter kann die Mutter auch eine Gewinderollenmutter sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Hebelsystems unter Verwendung einer Verstelleinrichtung in Verbindung mit einer Kupplung im geöffneten Zustand,

Fig. 2 das Hebelsystem nebst Kupplung aus Fig. 1 mit geschlossener

Kupplung,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung einer ersten Ausfüh- rungsform,

Fig. 4 eine erfindungemäße Verstelleinrichtung einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittansicht, und

Fig. 5 die Verstelleinrichtung aus Fig. 4 in einer Seitenansicht.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 1 in Wirkungsverbindung mit einem Hebelsystem 2 bestehend aus einem ersten Hebel 3, der eine gerade Gegenlagerfläche 4 bildet, auf der das Auflagerelement 5 in Form eines Verschiebeschlittens 6 läuft, sowie umfassend einen zweiten Hebel 7, der gebogen ist (der aber auch gerade sein kann), und der auf dem Auflagerelement 5 in einem Auflagepunkt A, der gleichzeitig auch ein Drehpunkt ist, aufgelagert ist. Der Hebel 7 ist an einem Ende mit einem Energiespeicher 8, hier in Form einer vorgespannten Feder, gekoppelt, die ihrerseits von einem Gegenlager 9, das Teil einer Abstützung 10 ist, an der auch der Hebel 3 beziehungsweise die Gegenlagerfläche 4 ausgebildet ist, gegengelagert ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Gehäuseabschnitt oder dergleichen.

Am anderen Ende ist der gebogene Hebel 7 mit einem Axiallager 1 1 gekoppelt, das um die hier nur strichpunktiert dargestellte Welle 12 herum angeordnet ist, wobei das Axiallager 1 1 auf eine Tellerfeder 13 der Kupplung 14 wirkt. Die Kupplung 14 umfasst eine Gegendruckplatte 15, eine Kupplungsscheibe 16, eine Druckplatte 17, einen Kupplungsdeckel 18 sowie eine Tellerfeder 13. Der Aufbau einer solchen Kupplung ist hinlänglich bekannt und muss nicht näher erläutert werden. Die Verstelleinrichtung 1 umfasst neben dem Auflagerelement 5 in Form des Verschiebeschlittens 6 ferner eine motorische Stelleinrichtung 19 umfassend einen Elektromotor 20 sowie eine Gewindespindel 21 , die fest mit dem Verschiebeschlitten 6 verbunden ist und mit dem Elektromotor 20 bevor- zugt über einen Kugelgewindetrieb gekoppelt ist. Durch Betätigung des Elektromotors 20 und Drehung der mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelten Kugelmutter (in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigt) fährt die Gewindespindel 21 je nach Drehrichtung aus dem als Hohlkörper ausgeführten Rotor heraus oder in diesen herein. Durch Betätigung des Elektromotors kann also wie durch den Doppelpfeil P gezeigt der Verschiebeschlitten linear aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung, in der der Auflagepunkt A im Wesentlichen in unmittelbarer Verlängerung mit der Richtung der Krafteinleitung über den Energiespeicher positioniert ist, in eine davon entfernte Stellung, wie in Fig. 2 gezeigt, linear verschoben

werden. Der Auflagepunkt B gemäß Fig. 2 teilt den Hebel 7 in zwei Hebelabschnitte 7a, 7b, infolge der Verlagerung des Auflage- oder Drehpunkts B kann in Anwendung des Hebelgesetzes folglich der sich entspannende Energiespeicher 8 den Hebel zusätzlich zur bei der Kupplungsbetätigung einwirkenden Kraft K, die auf den Hebel 7 im Bereich des vorderen, mit dem Axiallager 1 1 (auch Ausrücklager genannt) wirkenden Hebelabschnitt eingeleitet wird, einwirken. Ersichtlich kann also je nach Positionierung des Verschiebeschlittens 6 und mithin der Verlagerung des Auflagepunktes der Grad der unterstützenden Krafteinleitung aus dem Energiespeicher 8 variiert und mithin der jeweiligen Betriebsbedingung angepasst werden.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Verstelleinrichtung 1. Gezeigt ist der Verschiebeschlitten 6, an dem im gezeigten Beispiel an jeder Seite ein Rollenpaar vorgesehen ist, wobei die beiden äußeren Rollen 22 beispielsweise aus dem ersten Hebel 3 abrollen, während die beiden inneren Rollen 23 beispielsweise auf dem gebogenen Hebel 7 gemäß den Figuren 1 und 2 abrollen. Der Verschiebeschlitten 6 weist ein Mittelteil 24 auf, in dem die zentrale Schlittenwelle 25 gehaltert ist, wobei die Rollen 22, 23 über entsprechende Nadellager drehgelagert sind.

Am Mittelteil 24 ist in einer entsprechenden Steck-, Rast-, Klemm- oder Schraubaufnahme 26 die Gewindespindel 21 lagefest aufgenommen, das heißt, sie dreht sich in dieser Aufnahme nicht.

Gezeigt ist ferner der Elektromotor 20 mit seinem Stator 27 und dem Rotor 28. Mit dem Rotor 28 verbunden ist bei dieser Ausführungsform eine Kugelmutter 29. Diese ist an der Rotorstirnseite über eine geeignete, hier nicht näher gezeigte Verbindung, also in axialer Verlängerung des als Hohlkörper ausgeführten Rotors 28 angeordnet. Die Kugelmutter 29 weist einen Gewindegang 30 auf, dessen Steigung dem Gewindegang 31 der Gewindespindel 21 entspricht. Vorgesehen sind ferner mehrere Kugeln, die in Fig. 3 nicht näher gezeigt sind. Ebenfalls nicht näher gezeigt ist eine Kugelrückführung, um die Kugeln dieses Kugelgewindetriebs, gebildet aus der Kugelmutter 29, den Kugeln und der Ge-

windespindel 21 , umlaufend fördern zu können.

Wird nun der elektrische Stellmotor 20 betrieben, so dreht zwangsläufig der Rotor 28, die Drehrichtung hängt von der gewünschten Schlittenbewegung ab. Je nach Drehrichtung ist ersichtlich, dass die Gewindespindel 21 entweder aus der Kugelmutter 29 herausbewegt wird, die Kugelmutter 29 dreht also um die Gewindespindel, die abrollenden Kugeln fördern die Gewindespindel 21 nach außen. Bei umgekehrter Drehrichtung des Rotors 28 wird die Gewindespindel 21 eingezogen, ihr hinteres Ende wird also weiter in den Rotor 28, der hier als hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt ist, hineinbewegt, mithin also auch der Verschiebeschlitten 6 in Richtung des Elektromotors 20 bewegt. Auf diese Weise kann eine einfache Verstellung zwischen den Punkten A und B gemäß den Figuren 1 und 2 erreicht werden.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 1. Auch hier ist ein Verschiebeschlitten 6 vorgesehen, ebenfalls umfassend äußere und innere Rollenpaare 22, 23 sowie ein Mittelteil 24, an dem lagefest die Gewindespindel 21 montiert ist. Auch hier weist der Elektromotor 20 einen Stator 27 und einen hohlzylindrischen Rotor 28 auf, wo- bei der Rotor auch hier über zwei Wälzlager 32, 33 am Gehäuse 34 des Stellmotors drehgelagert ist. Solche Wälzlager sind ebenfalls bei dem Stellmotor 20 aus Fig. 3 vorgesehen.

Anders als bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist hier keine separate Kugel- mutter am Rotor 28 in dessen axialer Verlängerung vorgesehen, vielmehr ist hier die Kugelmutter 29 direkt am Rotor 28 ausgebildet. Hierzu ist über einen bestimmten Längenabschnitt die Innenwand des Rotors 28 mit dem Gewindegang 30 profiliert. Gezeigt sind hier ferner die Kugeln 35, die in dem Gewindegang 30 der Kugelmutter 29 und dem Gewindegang 31 der Gewindespindel 21 laufen. Gezeigt ist ferner eine Kugelrückführung 36 beziehungsweise die beiden hierfür vorgesehenen Durchbrechungen im Rotor 28, in die entsprechende Rückführelemente (üblicherweise Kunststoffumlenkungen) einzusetzen sind, und über die einlaufende Kugeln in die benachbarten Gewindezüge zurückge-

setzt werden.

Ersichtlich ergibt sich auch hier eine axiale Bewegung des Verschiebeschlittens 6 bei einer Rotorrotation, die feststehende Gewindestange 21 wird über die rotierende Kugelmutter 29, hier also unmittelbar den rotierenden Rotor 28 axial entweder aus dem Rotor 28 herausbewegt oder in diesen hineingezogen. Ersichtlich ist die Gewindespindel 21 von einem Faltenbalg 37 umgeben, der mit einem Ende am Mittelteil 24 und mit dem anderen Ende am Gehäuse 34 des Stellmotors 20 befestigt ist, was auch bei der Ausführungsform nach Fig. 3 vor- gesehen ist.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass anstelle eines realisierten Kugelgewindetriebs auch ein Gewinderollentrieb realisiert sein kann, bei dem anstelle einzelner Kugeln entsprechende Gewinderollen verwendet werden können, die in entsprechenden Gewindezügen an der Gewindespindel beziehungsweise der Mutter laufen. Weiterhin ist es denkbar, anstelle der vier nebeneinander angeordneten Rollen 22, 23 an jeder Seite zwei übereinander angeordnete Rollen 22, 23 vorzusehen, so dass mithin der Verschiebeschlitten 6 nicht mehr wie in den Figuren dargestellt zur Seite relativ breit aufbaut, sondern mehr in die Höhe aufbaut.

Bezugszahlenliste

1 Verstelleinrichtung

2 Hebelsystem

3 Hebel

4 Gegenlagerfläche

5 Auflagerelement

6 Verschiebeschlitten

7 Hebel

7a Hebelabschnitt

7b Hebelabschnitt

8 Energiespeicher

9 Gegenlager

10 Abstützung

11 Axiallager

12 Welle

13 Tellerfeder

14 Kupplung

15 Gegendruckplatte

16 Kupplungsscheibe

17 Druckplatte

18 Kupplungsdeckel

19 Stelleinrichtung

20 Elektromotor

21 Gewindespindel

22 äußere Rolle

23 innere Rolle

24 Mittelteil

25 Schlittenwelle

26 Steck-, Rast-, Klemm- oder Schraubaufnahme

27 Stator

28 Rotor

29 Kugelmutter

Gewindegang

Gewindegang

Wälzlager

Wälzlager

Gehäuse

Kugeln

Kugelrückführung

Faltenbalg