DE102014223479B3

DE102014223479B3 - Verfahren zur Einstellung einer Anschlagposition eines hydrostatischen Kupplungsaktors

Info

Publication number: DE102014223479B3
Application number: DE102014223479.4A
Authority: DE
Inventors: Marko Heyne
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2034-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Anschlagposition eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Elektromotor (8) umfasst, der ein Getriebe (5, 7) drehantreibt, welches die Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen eines Kolbens (4) umsetzt, wobei zur Bestimmung der Anschlagposition des Kupplungsaktors (1) ein, an dem Getriebe (5, 7) positioniertes Einstellelement (9) verwendet wird. Bei einem Verfahren, bei welchem Leerwege des hydrostatischen Kupplungsaktors minimiert werden, wird ein Funktionsweg des Kolbens (4) zwischen der Anschlagposition und einer, eine Verbindungsöffnung zu einem Fluidausgleichsbehälter schließenden Dichtposition des Kolbens (4) bestimmt und der Funktionsweg durch Einstellen der Anschlagposition an dem Einstellelement (9) konstant gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Anschlagposition eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Elektromotor umfasst, der ein Getriebe drehantreibt, welches die Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen eines Kolbens umsetzt, wobei zur Bestimmung der Anschlagposition des Kupplungsaktors ein, an dem Getriebe positioniertes Einstellelement verwendet wird.
Die DE 10 2010 049 618 A1 offenbart einen Spindelaktor insbesondere zur Beaufschlagung eines Kolbens eines Geberzylinders mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last. Um die von der Gewindespindel auf das axial verlagerte Bauteil aufgebrachte Last bei bekanntem Lastwiderstand ermitteln zu können, wird die Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse entgegen der Wirkung zumindest eines axial wirksamen Energiespeichers axial begrenzt verlagerbar gelagert und ein Axialweg der Gewindespindel mittels der Sensoreinrichtung erfasst.
Aus der DE 10 2005 028 844 A1 ist ein Verfahren zum stromlosen Referenzieren einer Kupplungsposition bei nicht-selbsthaltender Kupplungsaktorik bekannt. Dabei wird ein Elektromotor, welcher das Getriebe im Aktor bewegt, in Richtung Kupplung-Auf oder Richtung Kupplung-Zu bestromt. Anschließend wird der Aktormotor solange bestromt bis ein Anschlag erreicht ist und ein Aktorstillstand eingetreten ist. Mittels einer Kupplungssensorik wird die erreichte Kupplungsposition ermittelt. Die so erreichte Kupplungsposition im Stillstand des Aktors wird als Kupplungsreferenzposition für den weiteren Betrieb der Kupplung zugrunde gelegt.
Diese Anschlagposition unterliegt aber mechanischen Fertigungstoleranzen, welche sich aus den Einzeltoleranzen der, den hydrostatischen Kupplungsaktor bildenden Bauteile ergibt. Aus der DE 10 2010 047 800 A1 ist ein hydrostatischer Kupplungsaktor mit einem Geberzylinder bekannt, enthaltend ein Gehäuse und einen, in dem Gehäuse axial verlagerbaren, eine Druckkammer mit Druck beaufschlagendem Kolben, ein einen Drehantrieb in eine Axialbewegung wandelndes Getriebe sowie einen das Getriebe drehantreibenden Elektromotor. Durch diese Fertigungstoleranzen ergibt sich eine verhältnismäßig große Toleranz im Vergleich zum Hub des Kolbens des Kupplungsaktors. Dies führt zu einem Leerweg des Kolbens und dem Vorhalten von Bauraum für die Fertigungstoleranzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einstellen einer Anschlagposition in einem hydrostatischen Kupplungsaktor anzugeben, bei welchem der Leerhub begrenzt bzw. ganz eliminiert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Funktionsweg des Kolbens zwischen der Anschlagposition und einer, eine Verbindungsöffnung zu einem Fluidausgleichsbehälter schließenden Dichtposition des Kolbens bestimmt wird und der Funktionsweg durch Einstellen der Anschlagposition an dem Einstellelement konstant gehalten wird. Durch diese Vorgehensweise wird die Wirkung der Fertigungstoleranzen reduziert und infolge der Anschlagpositionierung an dem Einstellelement die Dynamik des hydrostatischen Kupplungsaktors verbessert, was bedeutet, dass aufgrund des Wegfalls des Leerweges weniger Zeit für die Ausführung eines Kupplungshubes benötigt wird. Durch das Konstanthalten des Funktionsweges wird ein reproduzierbarer Kupplungshub ermöglicht.
Vorteilhafterweise erfolgt das Einstellen der Anschlagposition am Einstellelement in Abhängigkeit der Fertigungstoleranzen des Kupplungsaktors. Durch das Einstellen der Anschlagposition am Einstellelement während des Montageprozesses des Kupplungsaktors können die fertigungsbedingten Toleranzen teilweise oder gar vollkommen eliminiert werden. Es bleibt lediglich die im Einstellverfahren hervorgerufene Einstelltoleranz, welche aber deutlich kleiner ist als die Fertigungstoleranzen.
In einer Ausgestaltung umfasst das stempelförmige Einstellelement ein Kopfteil, welches einen Abstand zu einer Stirnfläche einer Gewindespindel des Getriebes aufweist, welcher von Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors abhängt und während des Fertigungsprozesses in den hydrostatischen Kupplungsaktor eingestellt wird. Durch die Einstellung dieses Abstandes während des Montageprozesses des Kupplungsaktors wird dessen Fertigungstoleranz eliminiert.
Alternativ weist das Einstellelement eine Schulter auf, deren axiale Breite von Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors abhängt und während des Fertigungsprozesses des hydrostatischen Kupplungsaktors ausgewählt und an der Gewindespindel verbaut wird. Durch die axiale Breite der Schulter wird die Fertigungstoleranz des jeweiligen Kupplungsaktors eliminiert. Das Einstellelement mit der entsprechenden Kopfbreite wird dabei aus einer Anzahl von vorhandenen Einstellelementen mit unterschiedlichen Schulterbreiten ausgewählt und in dem Kupplungsaktor verbaut.
In einer Weiterbildung wird die Anschlagposition in einem Einlernvorgang einmalig detektiert und für einen weiteren Betrieb des Kupplungsaktors abgespeichert. Somit wird über die gesamte Lebensdauer des Kupplungsaktors sichergestellt, dass immer ein konstanter Funktionsweg des Kolbens zwischen dem Anschlag und der Dichtposition des Kolbens gegeben ist, wodurch für den Hub des Kolbens immer die gleiche Zeit benötigt wird.
In einer Ausführungsform wird im Einlernvorgang der montierte Kupplungsaktor mittels des Elektromotors bis zu einer vorgegebenen Position verfahren, wobei nach Abschalten des Elektromotors ein Stillstand des Kupplungsaktors abgewartet wird und mittels eines Wegsensors die Stillstandposition des Kupplungsaktors detektiert wird, welche als Anschlagposition abgespeichert wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Kupplungsaktors,
2: ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen Kupplungsaktors,
3: eine Prinzipdarstellung des Gesamtbauraumes des Kupplungsaktors mit und ohne das erfindungsgemäße Verfahren,
4: eine Prinzipdarstellung des Verfahrweges des Kupplungsaktors bis zum Anfang des Funktionsweges mit und ohne das erfindungsgemäße Verfahren.
In 1 ist ein hydrostatischer Kupplungsaktor 1 dargestellt, wie er in einem automatisierten Kupplungsbetätigungssystem in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Der Kupplungsaktor 1 umfasst einen Geberzylinder, enthaltend ein Gehäuse 2 und einen, in dem Gehäuse 2 axial verlagerbaren, eine mit Druckmittel befüllte Druckkammer 3 mit Druck beaufschlagenden Kolben 4. Der Kolben 4 wird von einem Planetenwälzgetriebe 5, welches eine Hülse 6 aufweist, bewegt, wobei eine Gewindespindel 7 zwischen abwälzenden Planetenwälzkörpern 11 gelagert ist. Das Planetenwälzgetriebe 5 wird über die Gewindespindel 7 von einem Elektromotor 8 angetrieben, wobei die Drehbewegung des Elektromotors 8 in eine Längsbewegung der Hülse 6 umgesetzt wird.
An der Stirnseite der Gewindespindel 7 ist ein stempelförmiges Einstellelement 9 angeordnet. Dieses Einstellelement 9 weist ein Kopfteil 10 auf. Dieses Kopfteil 10 kommt in Kontakt mit einer Scheibe 12 eines Nadellagers 13 im Moment der Anschlagposition. Die Position des Kopfteiles 10 besitzt einen Abstand zur Stirnfläche der Gewindespindel 7, welcher von Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors abhängt. Die axiale Position des Einstellelementes 9 wird dabei während des Montageprozesses des Kupplungsaktors 1 eingestellt.
Neben der im Zusammenhang mit 1 erläuterten stufenlosen Einstellung der Anschlagposition lässt sich alternativ die Anschlagposition gestuft einstellen, wie es 2 gezeigt ist. Eine Schulter 15 des Einstellelementes 14 kommt mit der Scheibe 12 des Nadellagers 13 im Moment der Anschlagpositon in Kontakt. Zur Aufnahme der Kräfte wird ein Sicherungselement 16 verwendet. Die Schulter 15 des Einstellelementes 14 weist eine axiale Breite auf, die von den Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors abhängt. Die Breite der Schulter 15 wird dabei während des Montageprozesses des Kupplungsaktors 1 ausgewählt. Das mit der ausgewählten Schulter 15 versehene Einstellelement 14 wird mit dem Sicherungselement 16 und der Gewindespindel 7 verbaut. Somit ist eine Vorhaltung von Einstellelementen 14 notwendig, welche unterschiedliche Schulterbreiten aufweisen.
Durch Einstellung der Position der Einstellelemente 9, 14 werden die Fertigungstoleranzen des jeweiligen Kupplungsaktors 1 teilweise oder vollkommen eliminiert. Daraus resultiert ein Funktionsweg, welchen der Kolben 4 und somit der Kupplungsaktor 1 zwischen der Anschlagposition und einer Dichtposition zurücklegt. Dabei soll unter der Dichtposition die Position des Kolbens 4 verstanden werden, bei welcher eine nicht weiter dargestellte Verbindungsöffnung des Gehäuses 2 zu einem Fluidausgleichsbehälter geschlossen ist. Die Überwindung dieses Abstandes zwischen der Dichtposition und der Anschlagposition wird als Hub des Kolbens 4 bezeichnet.
Wie in 3 verdeutlicht, wird durch die Verwendung des Einstellelementes 9 mit einer variierenden Anschlagpositionen eine Bauraumreduzierung des gesamten Kupplungsaktors 1 und eine Funktionswegvergrößerung des Kolbens 4 erreicht, da ein Leerweg des Kolbens 4 aufgrund von Fertigungstoleranzen verhindert wird. 3a zeigt dabei den notwendig vorzuhaltenden Bauraum des Kupplungsaktors 1 ohne das erfindungsgemäße Verfahren. Dabei stellt der Bereich A den Funktionsweg dar, während der Bereich B den Leerweg verdeutlicht. Gemäß 3b wird der axiale Bauraum des Kupplungsaktors 1 (Bereich C) hin zum bisher ungenutzten Raum 17 hinter dem Einstellelement verlagert. Der Leerweg D, welcher hier nur noch geringfügig vorhanden ist, ergibt sich aus der, beim Einstellverfahren hervorgerufenen Einstelltoleranz des Einstellelementes 9, welche deutlich kleiner ist als die Fertigungstoleranzen des Kupplungsaktors 1. Soll der Bauraum des Kupplungsaktors 1 dennoch nicht verringert werden, so gewinnt man durch das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich Funktionsweg A für die Betätigung des Kupplungsaktors 1.
Gleichzeitig mit der Reduzierung der Anschlagspositionstoleranz wird eine Dynamikverbesserung des Kupplungsaktors 1 erreicht. Dies kommt durch den geringeren Verfahrweg D von der maximal möglichen Position des Kupplungsaktors 1 bis zum Anfang des Funktionsweges zustande. Wie aus 4a hervorgeht, ist der Leerweg B ohne das Einstellverfahren sehr groß. In 4b wird dargestellt, dass der Verfahrweg E bei gleichem Funktionsweg A des Kupplungsaktors 1 stark verringert ist. Durch die Reduzierung des Verfahrweges verringert sich auch die Zeit, bis der Kupplungsaktor 1 im Funktionsweg A agieren kann. Dieser Funktionsweg A setzt sich beispielsweise beim hydrostatischen Kupplungsaktor 1 aus einem Schnüffelhub und einem Hub im geschlossenen Hydraulikraum zusammen.
Die Anschlagposition des hydrostatischen Kupplungsaktors 1 muss während eines Einlernprozesses gelernt werden. Zu diesem Zweck wird der Elektromotor 8 in die eine oder andere Richtung betrieben, wodurch die Gewindespindel 7 in Bewegung gesetzt wird. Nach einer vorgegebenen Zeit wird der Elektromotor 8 abgestellt und es wird gewartet, bis die Gewindespindel 7 durch mechanischen Widerstand zum Stillstand kommt. Diese Position, die das Einstellelement 9 beim Stillstand der Gewindespindel 7 einnimmt, wird als Anschlagposition bezeichnet und von einem Wegsensor detektiert. Die von dem Wegsensor detektierte Anschlagposition wird abgespeichert und dem weiteren Betrieb des hydrostatischen Kupplungsaktors 1 zugrunde gelegt.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatischer Kupplungsaktor
2: Gehäuse
3: Druckkammer
4: Kolben
5: Planetenwälzgetriebe
6: Hülse
7: Gewindespindel
8: Elektromotor
9: Einstellelement
10: Kopfteil
11: Planetenwälzkörper
12: Scheibe
13: Nadellager
14: Einstellelement
15: Schulter
16: Sicherungselement
17: Raum

Claims

Verfahren zur Einstellung einer Anschlagposition eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Elektromotor (8) umfasst, der ein Getriebe (5, 7) drehantreibt, welches die Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen eines Kolbens (4) umsetzt, wobei zur Bestimmung der Anschlagposition des Kupplungsaktors (1) ein, an dem Getriebe (5, 7) positioniertes Einstellelement (9) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionsweg des Kolbens (4) zwischen der Anschlagposition und einer, eine Verbindungsöffnung zu einem Fluidausgleichsbehälter schließenden Dichtposition des Kolbens (4) bestimmt wird und der Funktionsweg durch Einstellen der Anschlagposition an dem Einstellelement (9, 14) konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der Anschlagposition am Einstellelement (9, 14) in Abhängigkeit von den Fertigungstoleranzen des hydrostatischen Kupplungsaktors (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stempelförmige Einstellelement (9) ein Kopfteil (10) umfasst, welches einen Abstand zu einer Stirnfläche einer Gewindespindel (7) des Getriebes (5, 7) aufweist, welcher von Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors (1) abhängt und während des Fertigungsprozesses in den hydrostatischen Kupplungsaktor (1) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (14) eine Schulter (15) aufweist, deren axiale Breite von Fertigungstoleranzen des gesamten Kupplungsaktors (1) abhängt und während des Fertigungsprozesses des hydrostatischen Kupplungsaktors (1) ausgewählt und an der Gewindespindel (7) verbaut wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagposition des Kupplungsaktors (1) in einem Einlernvorgang einmalig detektiert wird und für einen weiteren Betrieb des Kupplungsaktors (1) abgespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlernvorgang der montierte Kupplungsaktor (1) mittels des Elektromotors (8) bis zu einer vorgegebene Position verfahren wird, wobei nach Abschalten des Elektromotors (8) ein Stillstand des Kupplungsaktors (1) abgewartet wird und mittels eines Wegsensors die Stillstandposition des Kupplungsaktors (1) detektiert wird, welche als Anschlagposition abgespeichert wird.