DE102005059272A1

DE102005059272A1 - Lineares elektromechanisches Schraubenstellglied für eine Parkbremse

Info

Publication number: DE102005059272A1
Application number: DE102005059272A
Authority: DE
Inventors: Andreas Geyer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2006-06-22
Also published as: ITTO20040871A1; US7337883B2; US20060169553A1

Abstract

Das Stellglied umfasst eine röhrenförmige Mutter (22), welche mittels eines Außengewindes (21) mit dem Gehäuse des Stellglieds gekoppelt ist. Die Mutter weist ein Innengewinde (23) auf, das dem Außengewinde gegenüberliegt, um mit einer Gewindestange (11) in Eingriff zu treten, welche sich relativ zu dem Gehäuse nicht drehen kann. Ein mit einem Getriebe versehener Motor (13, 14) dreht ein Ritzel (15), welches durch zwei Geradstirnräder (161, 162) bewirkt, dass die Mutter (22) eine Schraubenbewegung entlang einer Längsachse (x) durchführt, während die Stange (11) sich relativ zum Gehäuse schnell teleskopartig bewegt. Die Stirnräder weisen einen Ritzelabschnitt mit größerem Durchmesser (161a, 162a) auf, der mit dem Ritzel (15) kämmt, und einen verzahnten Wellenabschnitt (161b, 162b), der mit einem mit der Mutter (22) integralen Ritzelelement (22b) kämmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lineares elektromechanisches Schraubenstellglied für eine Parkbremse eines Motorfahrzeugs.

Anstelle des herkömmlichen manuell betätigten Hebels, welcher ein Zugmoment auf einen oder zwei mit den Park- bzw. Feststellbremsen eines Motorfahrzeugs verbundene Bowdenzüge überträgt, ist es kürzlich vorgeschlagen worden, das Zugmoment mittels eines elektromechanischen Stellglieds zu bewirken (siehe zum Beispiel US-2002/0100647 A1).

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes lineares Stellglied bereitzustellen, welches ein Zugmoment schnell an Bowdenzüge auf eine nicht-zurückstellende Art und Weise überträgt (das heisst, dass die ausgeübte Bremskraft während des Nichtvorhandenseins eines Freigabebefehls beibehalten werden kann) und eine hohe Zugkraft ausüben kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein starkes und zuverlässiges lineares Stellglied bereitzustellen, welches einfach anzubringen ist und welches aus einer minimalen Anzahl von Komponenten zusammengesetzt ist.

Eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stellglied bereitzustellen, welches derart ausgelegt ist, dass, wenn die Bremskraft ausgeübt wird, der Weg der Kräfte und Reaktionen, der durch das Stellglied verläuft, eine minimale Anzahl von Komponenten einbezieht.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile, welche im Folgenden verständli cher werden, werden gemäß der Erfindung durch ein Stellglied gemäß den angehängten Ansprüchen gelöst.

Nun wird eine Beschreibung der strukturellen und funktionalen Merkmale einer bevorzugten aber nicht beschränkenden Ausführungsform eines Stellglieds gemäß der Erfindung gegeben. Es wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, wobei:
1, 2 und 3 Längsschnittansichten eines Stellglieds gemäß der Erfindung sind, welches in drei unterschiedlichen Arbeitsstellungen gezeigt ist;
4, 5 und 6 jeweils teilweise geschnittene perspektivische Ansichten des Stellglieds von 1, 2 und 3 sind; und
7 eine perspektivische Ansicht einer Antriebsanordnung des Stellglieds ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist ein lineares elektromechanisches Stellglied gemäß der Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. Das Stellglied 10 weist eine Ausgabestange 11 auf, welche zum Betätigen eines Bowdenzugs oder mehrerer Bowdenzüge (nicht gezeigt) linear verschiebbar ist, wobei die Bowdenzüge eine oder mehrere Park- bzw.. Feststellbremsen eines Motorfahrzeugs steuern.
Das Stellglied 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Gesamtform auf, welche eine mittlere Längsachse x definiert, die mit der Betätigungsrichtung der Stange 11 zusammenfällt.
Das Stellglied umfasst einen Elektromotor 13 mit einer zugeordneten Untersetzungseinheit 14, dessen Rotations-Ausgabeelement ein mittleres Ritzel 15 umfasst, welches um die mittlere Achse x des Stellglieds drehbar ist. Das Ritzel 15 ist Teil einer mittleren Getriebestufe und kämmt mit einem Paar von länglichen Geradstirnrädern 161, 162, welche parallel zur Achse x und bezogen auf die Achse x diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Jedes der Stirnräder 161, 162 weist einen jeweiligen Ritzelabschnitt 161a, 162a mit größerem Durchmesser auf, der mit dem mittleren Ritzel 15 kämmt, und einen jeweiligen, in axialer Richtung länglichen, verzahnten Wellenabschnitt 161b, 162 mit kleinerem Durchmesser.
Die Stirnräder 161, 162 sind drehbar um jeweilige Achsen x1, x2 angebracht, innerhalb eines Gehäuses, das vorzugsweise dadurch gebildet ist, dass ein dünner röhrenförmiger Abschnitt 12b mit einem starren, axial verdickten Abschnitt 12a verbunden ist, der zur Seite der Stange 11 hin angeordnet ist. Der Gehäuseabschnitt 12a bildet einen axialen zylindrischen Sitz, welcher ein Innengewinde 20 aufweist, in das das Außengewinde 21 einer röhrenförmigen Mutter 22 eingreift. Als eine Alternative zu dem illustrierten Beispiel könnte das Innengewinde 20 durch eine Buchse (nicht gezeigt) gebildet sein, die in dem Gehäuse befestigt ist.
Die röhrenförmige Mutter 22 ist einstückig mit einem Basisabschnitt gebildet oder an einem Basisabschnitt befestigt, der in Form eines Geradstirnrad-Ritzels 22b gebildet ist, das mit den verzahnten Wellenabschnitten 161b, 162b der Stirnräder 161, 162 kämmt, die eine letzte Getriebestufe definieren.
Das Mutterelement 22 weist ein Innengewinde 23 auf, das dem Außengewinde 21 gegenüberliegt und koaxial damit ausgebildet ist, und wirkt mittels des Gewindes mit der Stange 11 zusammen. Letztere weist einen axial inneren (oder proximalen) Längenabschnitt 11a auf, welcher mit einem Gewinde 24 versehen ist, das dem Innengewinde 23 der Mutter entspricht, und einen axial weiter außen liegenden (oder distalen) Längenabschnitt 11b, welcher einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweist:
Eine mit 17 bezeichnete Querscheibenplatte ist an dem Endabschnitt der Stange 11 befestigt. Die Platte 17 weist eine mittlere Öffnung 18 auf, durch die sich der distale Längenabschnitt 11b der Stange 11 erstreckt, und zwei axial seitliche Öffnungen 181, 182. Ein Paar von parallelen Axialführungen 191, 192, welche an dem Gehäuseabschnitt 12a befestigt sind, gleiten durch die Öffnungen 181, 182. Die Platte 17 bildet ein Verbindungsmittel oder Ver bindungssitze, in diesem Beispiel zwei axial diametral gegenüberliegende Bohrungen 183, 184 (siehe 4 bis 6) zum Verbinden mit jeweiligen Bowdenzügen (nicht gezeigt).
Wie aus 4 bis 6 ersichtlich, weist der distale Abschnitt 11b, welcher sich durch die Öffnung 18 in der Querplatte 17 erstreckt, eine oder mehrere ebene Flächen 11c auf. Um zu verhindern, dass sich die Stange 11 um die Längsachse des Stellglieds dreht, weist die Öffnung 18 einen nicht kreisförmigen seitlichen Querschnitt auf, der dem Querschnitt des distalen Abschnitts 11b der Stange 11 entspricht.
1 und 4 zeigen das Stellglied in einem Zustand, bei dem die Stange 11 sich in einer vollständig ausgefahrenen Position befindet. In 3 und 6 ist die Stange 11 vollständig eingezogen. In 2 und 5 befindet sich die Stange 11 in einer mittleren Position.
Die Betätigung des Stellglieds funktioniert wie folgt: Wenn der Elektromotor 13 aktiviert wird, dreht die erste Getriebestufe 14 das mittlere Ritzel 15, und dies bewirkt, dass sich die Stirnräder 161, 162 drehen. Aufgrund der Gewindekopplung 20, 21 und der verzahnten Kopplung mit den Stirnrädern 161, 162 führt die Mutter 22 eine Schraubenbewegung um und entlang der Längsachse x aus, zwischen einer axial ausgefahrenen Position (1) und einer axial eingezogenen Position (3). Der Basisabschnitt 22b der Mutter wird durch dieselben Stirnräder 161, 162 axial geführt, die ihn zur Drehung antreiben, und gleitet an diesen entlang (7). Die verzahnten Wellenabschnitte 161b, 162 weisen eine axiale Länge auf, welche gleich oder größer ist als der axiale Abstand, der von der röhrenförmigen Mutter 22 zwischen der vollständig ausgefahrenen Position von 1 und der vollständig eingezogenen Position von 3 zurückgelegt wird.
Aufgrund der ersten Gewindekopplung 20, 21 zwischen dem Gehäuse 12a und der Mutter 22 und der zweiten Gewindekopplung 23, 24 (gegenüber der ersten) zwischen der Mutter und der Stange 11, führt die Drehung der Mutter zu einer schnellen teleskopartigen Verschiebung der Stange relativ zu dem Gehäuse, wodurch die Bowdenzüge betätigt werden, die die Parkbremsen des Fahrzeugs steuern.
Eine Drehung der Stange 11 um die Achse x wird durch die Platte 17 verhindert, welche sich axial entlang der festen Führungen 191, 192 bewegt und auf eine nicht drehbare Art und Weise (mittels der Öffnung 18) mit dem distalen Längenabschnitt 11b mit nicht kreisförmigem Querschnitt in Eingriff steht.
Es ist offensichtlich, dass aufgrund der oben beschriebenen Anordnung die Parkbremsen schnell eingerückt werden können, trotz der Tatsache, dass die Gewinde 20, 21, 23, 24 kleine Neigungswinkel aufweisen (vorzugsweise weniger als 14° und besonders bevorzugt ungefähr 8°), um das System nicht-zurückstellend zu machen. Es wird bevorzugt, dass aufgrund des Verschleißes zwischen den beweglichen Abschnitten des Stellglieds, die Stange in der Lage sein sollte, die erreichte eingezogene Position beizubehalten, und eine Situation zu vermeiden, wobei bei Nichtvorhandensein einer Betätigungsanweisung die Stange aus dem Gehäuse entfernt werden kann, zum Beispiel wenn das Fahrzeug an einer Steigung geparkt ist.
Es ist wichtig zu beachten, dass der Innenraum des Gehäuses, der zum Ermöglichen des axialen Hubs der röhrenförmigen Mutter vorgesehen ist, vorteilhaft zum Unterbringen von zwei Untersetzungsstufen genutzt wird. Tatsächlich übertragen die Stirnräder 161, 162, abgesehen davon, dass sie die Mutter axial führen, ein Antriebsdrehmoment auf die Mutter, welches aufgrund der von den mittleren und End-Getriebestufen durchgeführten doppelten Untersetzung mit zwei multipliziert wird. Dies ermöglicht es, eine axial kurze erste Untersetzungseinheit 14 zu verwenden und daher die Gesamtlänge des Stellglieds zu verkürzen.
Die im Gegenzug während des Bremsens auf das Stellglied übertragenen Reaktionskräfte können mittels eines Flansches 28, der durch den festen Abschnitt 12a des Gehäuses gebildet ist, nach außen abgeleitet werden. Der Weg dieser auf das Stellglied wirkenden Kräfte, wenn letzterer aktiviert ist, betrifft wenige Elemente (die Stange 11, die Mutter 22 und den Gehäuseabschnitt 12a) und diese Kräfte werden an die Außenseite des Stellglieds abgeleitet, ohne dass die Untersetzungs-/Antriebseinheiten oder der Elektromotor belastet werden. Dies ist vorteilhaft, wenn berücksichtigt wird, dass die Bremskräfte (mit einer Größenordnung von ungefähr 3600 N) zwangsläufig den Abstand zwischen den Getriebeelementen der Untersetzungseinheit und dem Motor verringern würden, wodurch die Betriebslebensdauer des Stellglieds verringert würde. Die kleine Anzahl von Elementen, die von den Bremskräften betroffen sind, definiert stattdessen eine sehr kurze kinematische Kette, welche die Zuverlässigkeit des Stellglieds über einen Zeitraum garantiert.
Es ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf die hierin beschriebene und illustrierte Ausführungsform begrenzt ist, welche als ein Beispiel einer Ausführungsform eines Stellglieds betrachtet werden sollte; die Erfindung kann vielmehr betreffend der Form und Anordnung der Teile und konstruktiver und funktionaler Details abgeändert werden. Zum Beispiel ist es gemäß anderer, nicht illustrierter Ausführungsformen möglich, ein einziges Stirnrad anstelle von zweien vorzusehen. Es wird allerdings bevorzugt, dass wenigstens zwei oder drei Stirnräder vorgesehen sind, um in der mittleren und der letzten Untersetzungseinheit die radialen Komponenten der Kräfte und Reaktionen auszugleichen. Schließlich kann als eine Alternative zu dem Gezeigten einer oder mehrere Bowdenzüge mit dem Endabschnitt 11d der Stange durch andere Verbindungsmittel verbunden sein, wie für Fachleute offensichtlich.
Das Stellglied umfasst eine röhrenförmige Mutter (22), welche mittels eines Außengewindes (21) mit dem Gehäuse (12) des Stellglieds gekoppelt ist. Die Mutter weist ein Innengewinde (23) auf, das dem Außengewinde gegenüberliegt, um mit einer Gewindestange (11) in Eingriff zu treten, welche sich relativ zu dem Gehäuse nicht drehen kann. Ein mit einem Getriebe versehener Motor (13, 14) dreht ein Ritzel (15), welches durch zwei Geradstirnräder (161, 162) bewirkt, dass die Mutter (22) eine Schraubenbewegung entlang einer Längsachse (x) durchführt, während die Stange (11) sich relativ zum Gehäuse schnell teleskopartig bewegt. Die Stirnräder weisen einen Ritzelabschnitt mit größerem Durchmesser (161a, 162a) auf, der mit dem Ritzel (15) kämmt, und einen verzahnten Wellenabschnitt (161b, 162b), der mit einem mit der Mutter (22) integralen Ritzelelement (22b) kämmt.

Claims

Lineares elektromechanisches Stellglied (10) vom Schraubentyp zum Steuern einer Parkbremse eines Motorfahrzeugss, umfassend: ein ortsfestes, starres Gehäuse (12), das an einem Fahrzeug befestigbar ist, ein Motormittel mit einer zugeordneten ersten Untersetzungseinheit (14) zum Übertragen einer Drehbewegung um eine Längsachse (x) auf ein Ritzel (15), ein röhrenförmiges Mutterelement (22), welches aufweist: ein Außengewinde (21), das mit einem Gewinde (20) zusammenwirkt, welches fest mit dem Gehäuse (12) verbunden ist, um zu bewirken, dass die Mutter Schraubenbewegungen um und entlang dieser Achse durchführt, und ein Innengewinde (23), das dem Außengewinde (21) gegenüberliegt, ein Antriebsmittel zum Übertragen einer Drehbewegung von dem Ritzel (15) auf die Mutter (22), eine Längsstange (11), welche einen ersten, mit einem Gewinde versehenen Längenabschnitt aufweist (11a, 24), welcher mit dem Innengewinde (23) der Mutter (22) zusammenwirkt, und einen zweiten Längenabschnitt (11b), der in Querrichtung einen nicht kreisförmigen Querschnitt (11c) aufweist, ein Verbindungsmittel (17; 183, 184) zum Verbinden der Stange (11) mit wenigstens einem flexiblen Kabel zum Betätigen einer Parkbremse, ein Drehungs-Sperrmittel (181, 192; 17; 18; 11c), welches zwischen dem Gehäuse (12) und dem zweiten Längenabschnitt (11b) der Stange (11) wirkt, um eine Drehung der Stange um die Achse zu verhindern, wobei die Stange (11) als Antwort auf die von dem Motormittel (13) übertragene Drehbewegung in Längsrichtung entlang der Achse verschiebbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel wenigstens ein Geradstirnrad (161, 162) umfasst, das um eine jeweilige, zur Längsachse (x) parallele Achse (x1, x2) drehbar ist, wobei das Stirnrad umfasst: einen Ritzelabschnitt mit größerem Durchmesser (161a, 162a), der mit dem Ritzel (15) kämmt, und einen axial länglichen verzahnten Wellenabschnitt (161b, 162b), der mit einem mit der Mutter (22) integralen Ritzelelement (22b) kämmt.
Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel wenigstens zwei Geradstirnräder (161, 162) umfasst, die um zwei jeweilige, zur Längsachse (x) parallele Achsen (x1, x2) drehbar sind, wobei jedes der Stirnräder umfasst: einen Ritzelabschnitt mit größerem Durchmesser (161a, 162a), der mit dem Ritzel (15) kämmt, und einen axial länglichen verzahnten Wellenabschnitt (161b, 162b), der mit einem mit der Mutter (22) integralen Ritzelelement (22b) kämmt.
Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnräder mit gleichen Winkelabständen um die Längsachse (x) angeordnet sind.
Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Mutter (22) integrale Ritzelelement (22b) ein Geradstirnrad-Ritzel ist.
Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (22) mit dem fest mit dem Gehäuse (12) verbundenen Gewinde (20) derart zusammenwirkt, dass sie eine Schraubenbewegung um und entlang der Achse zwischen einer axial ausgefahrenen Position und einer axial eingezogenen Position durchführt; und dass der verzahnte Wellenabschnitt (161b, 162b) eine axiale Länge auf weist, die gleich oder größer als ein axialer Abstand ist, der von der Mutter (22) beim Durchführen ihrer Schraubenbewegung zwischen der ausgefahrenen und der eingezogenen Position zurückgelegt wird.