Elektromechanischer Getriebe- und/oder Kupplungsaktuator

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuator zur Betätigung der Schalteinrichtung eines Getriebes oder zur Betätigung einer

Kupplung eines Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, umfassend einen

Elektromotor zur Erzeugung einer antreibenden Drehbewegung einer Motorwelle, die über Getriebemittel übersetzt werden.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die

Kraftfahrzeugtechnik. Für die Betätigung einer Kupplung zum Schließen oder

Unterbrechen eines Leistungsflusses in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs kommen Kupplungsaktuatoren zum Einsatz, welche auf Anforderung eine hierfür erforderliche axiale Stellkraft erzeugen. Neben herkömmlichen fluid betätigten Kupplungsaktuatoren kommen hierfür zunehmend auch die hier interessierenden elektromechanischen Kupplungsaktuatoren zum Einsatz. Hierbei wird die Betätigungskraft durch einen elektrischen Antrieb, vorzugsweise einen Elektromotor, erzeugt. Im Rahmen des elektromechanischen Kupplungsaktuators ist diese Antriebsbeweg u ng in eine geeignete lineare Stellbewegung für die Kupplung umzuwandeln.

Dasselbe gilt analog auch für die hier ebenfalls interessierenden Getriebeaktuatoren.

Ein Getriebeaktuator dient der Betätigung der Schalteinrichtung eines Getriebes zur Gangwahl.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2007 010 765 A1 geht ein elektromechanischer Kupplungsaktuator hervor, der zur Kupplungsbetätigung bei einem automatisierten Schaltgetriebe eines Fahrzeugs zum Einsatz kommt. Der Kupplungsaktuator umfasst einen Elektromotor als Antrieb und einen mit einem Kraftspeicher zusammenwirkenden Spindeltrieb. Der Spindeltrieb wandelt die Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung zur Betätigung der Kupplung um, wobei bei diesem Stand der Technik zumindest eine Feststelleinrichtung zum Blockieren des Spindeltriebs vorgesehen ist, damit in einem Notfall, beispielsweise bei Ausfall des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs, durch entsprechende Ansteuerung der Feststelleinrichtung auch in dieser Situation eine Kupplungsbetätigung gewährleistet werden kann. Bei diesem Kupplungsaktuator ist der Elektromotor koaxial zum Spindeltrieb angeordnet. Dazwischen befindet sich die besagte Feststelleinrichtung, die beispielsweise als Federdruckbremse ausgeführt sein kann.

Zwar gewährleistet dieser elektromechanische Kupplungsaktuator wegen des koaxialen Aufbaus eine kompakte Bauform, jedoch ist die hiermit erzeugbare Betätigungskraft im Wesentlichen vom Übersetzungsverhältnis des Spindeltriebs sowie den Kennwerten des Elektromotors, wie Drehzahl und Nenndrehmoment, abhängig. Daher begrenzt diese Bauweise auch die Einsatzmöglichkeiten und die erzeugbare Stellkraft des elektromechanischen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuators.

Die DE 10 2004 030 005 B4 offenbart einen elektromechanischen Kupplungsaktuator für ein Fahrzeug, welcher im Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten Stand der Technik zusätzliche Getriebemittel zwischen dem Elektromotor und dem Spindeltrieb aufweist. Die Getriebemittel dienen zur Übersetzung der Drehbewegung der Motorwelle ins Langsame, um damit eine Art Vorübersetzung zu schaffen, die nicht mehr durch den Spindeltrieb aufgebracht werden muss. Der Spindeltrieb kann insoweit im Vergleich zu einer getriebelosen Variante mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis ausgeführt werden.

Die Getriebemittel sind bei diesem Stand der Technik als einstufiges Stirnradgetriebe ausgebildet. Zwar lassen sich durch das Ineinanderwirken des antreibenden Zahnrads mit dem getriebenen Zahnrad hohe Antriebskräfte übertragen, jedoch sind hierfür enge Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich des Wellenabstands zwischen

Motorwelle und Spindelantrieb, zu beachten, damit ein optimaler Zahneingriff sichergestellt ist. Durch den angestrebten Kompaktbau sollte der Durchmesser der Zahnräder möglichst gering ausfallen, wohingegen das Übersetzungsverhältnis möglichst hoch sein sollte. Dieser Zielkonflikt führt dazu, dass das Antriebsmoment über ein antreibendes Zahnrad mit einer recht geringen Anzahl von Zähnen zu übertragen ist, wobei die maximal mögliche Flächenpressung des Zahneingriffes konstruktiv zu berücksichtigen ist, um das Risiko eines Zahnbruchs zu vermeiden. Ferner ist gewöhnlich eine Ölschmierung der Stirnradstufe erforderlich, um die Reibung beim Abrollen der Zahnflanken zu reduzieren. Dies führt zu hohen Dichtigkeitsanforderungen an das Gesamtsystem und einem zusätzlichen Schmieraufwand.

Aus der EP 1 528 277 B1 geht ein weiterer elektromechanischer Kupplungsaktuator mit hoher Stellkraft hervor. Hierfür kommt ein mehrstufiges Stirnradgetriebe zwischen einem Elektromotor und einer linearen Stelleinheit zum Einsatz, welche hier als

Nockentrieb ausgebildet ist.

Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen

elektromechanischen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuator zu schaffen, welcher unter Einbeziehung von robusten und platzsparend ausgebildeten Getriebemitteln eine hinreichend große Betätigungskraft für eine Schalteinrichtung oder eine Kupplung erzeugt.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe wird ausgehend von einem elektromechanischen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Hinsichtlich eines einen solchen

elektromechanischen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuator umfassenden

Nutzfahrzeugs wird auf Anspruch 12 verwiesen. Die übrigen rückbezogenen

abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Getriebemittel als ein

Zugmittelgetriebe ausgebildet sind, bei welchem ein koaxial an der Motorwelle des Elektromotors befestigtes antreibendes Rad über ein Zugmittel mit einem getriebenen Rad verbunden ist, welches vorzugsweise koaxial an einem Spindeltrieb zur

Umwandlung der antreibenden Drehbewegung in eine lineare Betätig u ngsbewegu ng befestigt ist.

Als Zugmittelgetriebe kommt im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein formschlüssiges Zugmittelgetriebe zum Einsatz, dessen Zugmittel also formschlüssig mit verzahnten Rädern zusammenwirkt, beispielsweise ein Zahn kettengetriebe und insbesondere ein Zahnriemengetriebe. Im Zuge der Entwicklung des

erfindungsgemäßen Getriebe- und/oder Kupplungsaktuators hat sich herausgestellt, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, Zahnräder als Getriebemittel zur Übersetzung der Drehbewegung von der Motorwelle zum Spindelantrieb zu nutzen. Denn wird im Zusammenhang mit einem Spindeltrieb ein vorgeschaltetes vorzugsweise

formschlüssiges Zugmittelgetriebe verwendet, so lässt sich damit insgesamt eine hinreichend große Betätigungskraft für eine Kupplung in platzsparender Weise erzeugen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das getriebene Rad des

formschlüssigen Zugmittelgetriebes koaxial an einer Spindelmutter des Spindeltriebs befestigt. Da die Spindelmutter in der Regel einen größeren Außendurchmesser aufweist als eine Motorwelle, lässt sich das größere der beiden Räder, also das getriebene Rad, auch platzsparend um die Spindelmutter herum anordnen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das getriebe Rad stirnseitig an der Spindelmutter zu befestigen.

Das formschlüssige Zugmittelgetriebe, welches vorzugsweise als Zahnriemengetriebe ausgebildet ist, ist mit einem für die erfindungsgegenständliche Anwendung hinreichend zugfesten Zahnriemen auszustatten. Hierfür kommt beispielsweise ein armierter Polyurethanriemen zum Einsatz. Die Armierung des Polyurethanriemens kann dabei in Form einer Ein- oder Auflage aus einem textilen Gewebematerial, flexiblen

Stahlmaterial oder dergleichen erzeugt werden. Die Verzahnung des Zahnriemens steht in an sich bekannter Weise im formschlüssigen Eingriff mit einer korrespondierenden Verzahnung an dem antreibenden sowie dem getriebenen Rad. Ein derartiger

Zahnriemen zeichnet sich durch eine geringe Eigenmasse, einem großen

Umschlingungswinkel, einem schmierungsfreien Betrieb sowie einer minimalen

Längung während der Lebensdauer aus.

Ein weiterer Beitrag zur Gewichtsreduzierung kann dadurch erzielt werden, dass das antreibende Rad sowie das getriebene Rad aus einem Kunststoff bestehen,

beispielsweise Polyamid, welches sich in fertigungstechnisch einfacher Weise, beispielsweise durch Spritzgießen, zur Erzeugung der Radgeometrie verarbeiten lässt. Daneben ist es auch denkbar, die Räder aus einem Metall, insbesondere einem

Leichtmetall, herzustellen, beispielsweise als Aluminium-Sinterteil. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Motorwelle des Elektromotors parallel beabstandet zur Hauptachse des Spindelantriebs verläuft, und dass das Zugmittelgetriebe den hierdurch gebildeten Abstand A derart überbrückt, dass diese Bauteilkombination eine im Wesentlichen U-förmige

Seitenansicht ergibt. Mit anderen Worten ist also der Elektromotor parallel neben dem Spindelantrieb angeordnet und das abstandsüberbrückende Zugmittelgetriebe ist an der gleichen Stirnseite beider Komponenten platziert, so dass sich insgesamt eine kompakte Bauform des Getriebe- und/oder Kupplungsaktuators ergibt.

Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die Motorwelle des Elektromotors abgewinkelt beabstandet und benachbart zur Hauptachse des Spindeltriebes verläuft, und dass das Zugmittelgetriebe den hierdurch gebildeten Abstand derart überbrückt, dass diese Bauteilkombination insgesamt eine im wesentlichen Z-förmige Seitenansicht ergibt.

Als eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme wird vorgeschlagen, dass Justiermittel zum Einstellen des Abstands A zwischen Motorwelle und Spindeltrieb vorgesehen sind, die seitens des Elektromotors oder seitens des Spindeltriebs angeordnet sind, um die Vorspannung des Zahnriemens zu justieren. Eine solche Justage kann hierdurch in einfacher Weise im Zuge der Montage des Getriebe- und/oder Kupplungsaktuators vorgenommen werden und auch ein Nachstellen zum Längenausgleich in hierfür vorgesehenen Wartungsintervallen ist in einfacher Weise möglich, so dass eine maximale Lebensdauer des Zahnriemens erzielbar ist, ehe dieser gegebenenfalls ausgetauscht werden muss.

Zusätzlich kann der Zahnriemen mit einer an sich bekannten federkraftbeaufschlagten Spannrolleneinheit kombiniert werden, welche permanent während des Betriebes eine Vorspannung auf den Zahnriemen aufbringt und hierdurch einen Längungsausgleich vornimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spindeltrieb nach Art einer

Kugelgewindespindel ausgebildet, welche sich durch eine reibungsarme Umwandlung der antreibenden Rotationsbewegung in eine Linearbewegung zur Betätigung der Kupplung auszeichnet. Alternativ hierzu kann jedoch je nach den konstruktiven

Randbedingungen des Einsatzfalls auch auf eine einfache Gewindespindel zurückgegriffen werden, die beispielsweise als T rapezgewindespindel ausgebildet sein kann.

Detailbeschreibunq anhand der Zeichnung

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines elektromechanischen

Kupplungsaktuators,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Getriebemittel des Kupplungsaktuators gemäß

Fig. 1 , und

Fig. 3 eine Draufsicht auf Getriebemittel einer alternativen Ausführungsform des

Kupplungsaktuators.

Gemäß Fig. 1 besteht ein elektromechanischer Kupplungsaktuator zur Betätigung einer nur schematisch angedeuteten Kupplung K eines - hier nicht weiter dargestellten - Fahrzeugs im Wesentlichen aus einem Elektromotor 1 zur Erzeugung einer

antreibenden Drehbewegung, welche auf einen Spindelantrieb 2 zur Übersetzung dieser antreibenden Drehbewegung in eine Axialbewegung zur Kupplungsbetätigung übertragen wird.

Zwischen dem Elektromotor 1 und dem Spindelantrieb 2 ist ein Zugmittelgetriebe zur Übersetzung der antriebsseitigen Drehbewegung ins Langsame vorgesehen. Das Zugmittelgetriebe umfasst ein antreibendes Rad 3, welches auf einer Motorwelle 4 des Elektromotors 1 fixiert ist, und einen hierauf gespannten Zahnriemen 5, welcher mit einem an einer Spindelmutter 6 des Spindeltriebs 2 befestigten getriebenen Rad 7 korrespondiert. Das getriebene Rad 7 befindet sich auf gleicher Höhe zum antreibenden Rad 3. Das getriebene Rad 7 umschließt bei diesem Ausführungsbeispiel die Spindelmutter 6, welche in an sich bekannter Weise über einen Schraubentrieb mit dem Spindelteil des Spindeltriebs 2 korrespondiert.

Insgesamt ergibt sich hierdurch eine Bauform, bei welcher die Motorwelle 4 des Elektromotors 1 parallel beabstandet und benachbart zur Hauptachse H des

Spindeltriebs 2 verläuft. Das Zugmittelgetriebe überbrückt dabei den hierdurch gebildeten Abstand A derart, dass diese Bauteilkombination eine im Wesentlichen U- förmige Seitenansicht ergibt.

Gemäß Fig. 2 sind das antreibende Rad 3 und das getriebene Rad 7 derart

dimensioniert, dass sich durch die Anzahl der hierauf jeweils befindlichen Zähne ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis ins Langsame zwischen dem Drehmoment M1 des - hier nicht weiter dargestellten - Elektromotors 1 und dem Drehmoment M2 des - hier ebenfalls nicht weiter dargestellten - Spindeltriebs einstellt. Dabei ist die Länge des Zahnriemens 5 so ausgeführt, dass hiermit der Abstand A unter Wahrung des formschlüssigen Verzahnungseingriffs überbrückt wird.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel ist die Motorwelle 4‘ abgewinkelt beabstandet und benachbart zur Hauptachse des Spindeltriebes 2‘ angeordnet. Der hierdurch geschränkte Zahnriemen 5‘ überbrückt den Abstand zwischen dem antreibenden Rad 3‘ und dem getriebenen Rad 7‘ derart, dass diese Bauteilkombination insgesamt eine im wesentlichen Z-förmige Seitenansicht ergibt.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es können auch Abwandlungen oder Ergänzungen vorgenommen werden, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist beispielsweise auch möglich, den Abstand A zwischen dem Elektromotor 1 und dem Spindeltrieb 2 verstellbar auszuführen, um die Vorspannung des Zahnriemens 5 zu justieren. Hierfür könnte beispielsweise eine Schlittenführung mit Spannschraubenmechanismus oder dergleichen zum Einsatz kommen. Ebenso kann der Zahnriemen 5 erforderlichenfalls mit einem federkraftbeaufschlagten Spannrollenmittel zum

Längungsausgleich versehen werden. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Elektromotor

2 Spindeltrieb

3 antreibendes Rad

4 Motorwelle

5 Zahnriemen

6 Spindelmutter

7 getriebenes Rad

A Abstand

K Kupplung

H Hauptachse

M1 Drehmoment seitens Elektromotor M2 Drehmoment seitens Spindeltrieb