DE102008024910A1 - Aktuator mit einer Lastmomentsperre - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Motor und einem Abtriebsteil zum Anschluss an ein Stellelement sowie mit einer Lastmomentsperre zum Blockieren des Abtriebsteils zur Vermeidung unerwünschter Stellbewegungen.
- Gattungsgemäße Aktuatoren können beispielsweise in Kraftfahrzeugen im Fahrwerk eingesetzt werden. So kann bei einer Radaufhängung den einzelnen Rädern jeweils ein Aktuator zugeordnet sein, der eigenständig ansteuerbar ist und die gewünschte Verstellung des aufbauseitigen Stellelementes des Radführungsgliedes durchführt.
- Der
DE 100 11 142 A1 kann eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge entnommen werden, bei der ein als Lenker oder Stellelement ausgebildetes Radführungsglied einer Radaufhängung mit einem Ende an einem Radträger angebunden ist, und an seinem zweiten Ende von einem Aktuator angelenkt ist. Der Aktuator umfasst einen Elektromotor und einen Kugelgewindetrieb, dessen Gewindespindel als Abtriebsglied ausgebildet ist, welches das Radführungsglied über ein Drehgelenk anlenkt. Derartige Aktuatoren übernehmen sicherheitsrelevante Funktionen. - Bei solchen Anwendungen besteht die Forderung, dass die angelenkten Fahrwerkteile in stromlosem Zustand des Aktuators keine unerwünschten Stellbewegungen durchführen, sondern in der zuletzt eingestellten Position gehalten werden. Ebenso sollte sichergestellt sein, dass Außenkräfte, die über das Fahrwerk in den Aktuator rückwärts eingeleitet werden, sicher aufgefangen werden, ohne dass der Aktuator aufgrund dieser Außenkräfte unerwünschte Stellbewegungen durchführt.
- In der
DE 10 2005 023 250 A1 ist ein Aktuator mit einem Gesperre beschrieben, welches das Abtriebsteil des Aktuators blockiert, wenn die Antriebskraft des Aktuators am Abtriebsteil kleiner ist als eine äußere an dem Abtriebsteil angreifende Außenkraft. Der Aktuator kann zum Beispiel zur aktiven Verstellung des Radsturzes eines Rades eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Von außen in das Rad eingeleitete Stöße werden lediglich bis zu dem Abtriebsteil des Aktuators weitergeleitet. Ein Einleiten dieser Kräfte in den Aktuator bis zum Motor wird verhindert, da das Abtriebsteil durch das Gesperre blockiert ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gesperre als schaltbares Klemmrollengesperre ausgeführt. - Problematisch bei Aktuatoren – bei welchen der Freilauf als Klemmrollengesperre ausgeführt ist – ist, dass bei dynamischer Verstellung des Aktuators im Freilauf der sogenannte Stick-Slip-Effekt auftreten kann. Als Stick-Slip-Effekt wird das Ruckgleiten von gegeneinander bewegten Festkörpern bezeichnet. Dabei üben gedämpft gekoppelte Oberflächenteile eine schnelle Bewegungsfolge aus Haften, Verspannen, Trennen und Abgleiten aus. Bei gattungsgemäßen Aktuatoren, tritt dieser Effekt auf, wenn die Sperre schneller schließt, als der Motor diese öffnen kann.
- Dies führt zur Anregung von Schwingungen, die von einer resonanzfähigen Oberfläche als Geräusch abgestrahlt werden. Neben auftretenden Störgeräuschen kommt es dabei auch zu höherem Verschleiß. Daher sollte der Stick-Slip-Effekt möglichst vermieden bzw. reduziert werden.
- Seit langem ist es schon bekannt, einen Freilauf mit Klemmgesperre durch einen Schlingfederfreilauf zu ersetzen. So kann beispielsweise der
DE 75 37 010 ein Schlingfederfreilauf entnommen werden, bei dem zwei glei che Schlingfederkupplungen für den Rechts- und Linkslauf eingesetzt werden. Die Schlingfedern sind jeweils mit einem abgebogenen Ende in eine Nut der Antriebsnabe eingehängt und mit dem anderen abgebogenen Ende in einer verdrehbaren Außenhülse eingehängt, welche fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Der beschriebene Schlingfederfreilauf kann zum Beispiel bei kettengetriebenen Kinderfahrzeugen mit Freilauf in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung eingesetzt werden. - Die
WO 2003/029680 A1 - Solche Antriebseinheiten werden beispielsweise als Rohrmotoren zum elektrischen Antrieb einer Wickelwelle eines Rollladens oder ähnlichen eingesetzt. Aufgrund der Sperrwirkung wird verhindert, dass der Rollladen infolge seines Eigengewichtes die mit der Antriebswelle gekoppelte Wickelwelle abwickelt und den Rollladen eigentätig schließt.
- Bei derartigen Antriebseinheiten kann es beim Senkvorgang dazu kommen, dass die Antriebswelle bzw. die Abtriebswelle die zu senkende Last überholt, wodurch die Schlingfeder aufgrund ihrer Vorspannung gegen das Anlaufglied wirkt und die Abtriebswelle sperrt. Dabei kann es zu einem ständigen Wechsel zwischen Lösen und Sperren zwischen Schlingfeder und Anlaufglied kommen.
- Zur Vermeidung bzw. Reduzierung dieses Stick-Slip-Effekts wird in der
WO 2003/029680 A1 - Des Weiteren ist aus der Verwendung von Schlingfedern bei manuellen Fensterhebern bekannt, dass diese Stick-Slip-frei arbeiten.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der
DE 10 2005 023 250 A1 somit darin, einen Aktuator mit einer Lastmomentsperre zur Verfügung zu stellen, bei welchem auch bei dynamischer Verstellung des Aktuators ein Stick-Slip-Effekt wirksam vermieden werden soll. Die Lastmomentsperre sollte sich mit wenig Aufwand in den Aktuator einbauen lassen und nur geringe Zusatzkosten verursachen. - Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient ein Aktuator gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
- Ein erfindungsgemäßer Aktuator zeichnet sich dadurch aus, dass eine Lastmomentsperre durch eine Schlingfeder gebildet wird, welche zwischen einem ortsfesten Gehäuse des Aktuators und einem Antriebsteil vorgesehen ist. Die Schlingfeder ist mit Übermaß, d. h. mit einer Presspassung auf einem mit dem Gehäuse verbundenen Ring angeordnet und besitzt an ihren beiden Enden nach außen abgebogene Mitnehmerelemente, welche mit einem an einem Antrieb vorgesehenen Mitnehmer zusammenwirken, so dass bei einer Drehung des Antriebs zunächst die Schlingfeder gelöst wird und daraufhin das Antriebsteil frei drehen kann.
- Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch Verwendung einer Lastmomentsperre auf Basis einer Schlingfeder auch bei dynamischer Verstellung des Freilaufs im Wesentlichen kein Stick-Slip-Effekt und die mit diesem Effekt verbundenen negativen Begleiterscheinungen auftreten.
- Die Lastmomentsperre lässt sich auf einfache Art und Weise in den Aktuator integrieren.
- Ein erfindungsgemäß verwendete Schlingfederfreilauf umfasst lediglich eine einzige Schlingfeder. Im Vergleich zu vorbekannten Freiläufen mit Klemmrollengesperre ist ein Schlingfederfreilauf daher wesentlich einfacher aufgebaut, wodurch sich Kosten einsparen lassen und nicht zu letzt auch der Wartungsaufwand erheblich reduziert.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktuator einen Motor und einen Kugelgewindetrieb mit einer mit einem Abtriebsteil verbundenen Gewindespindel und einer von dem Motor angetriebenen Spindelmutter als Antriebsteil.
- Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist die Spindelmutter umgreifend ein Ring angeordnet, welcher mit einem, zur Aufnahme des Motors, der Lastmomentsperre und des Kugelgewindetriebes dienenden Gehäuse starr verbunden ist.
- Die Schlingfeder ist zwischen dem Ring und der Spindelmutter angeordnet. Die Schlingfeder zieht sich in einer Sperrstellung aufgrund der Reibung in Wickelrichtung zusammen und blockiert somit die Spindelmutter.
- In einer Freigabestellung ist die Schlingfeder gegen ihre Wickelrichtung geöffnet und ermöglicht so eine Rotation der Spindelmutter.
- Erfolgt vom Motor der Antrieb, so wird die Schlingfeder gegen ihre Wickelrichtung geöffnet. Die Spindelmutter kann nun frei rotieren.
- In dem Fall, dass kein Antrieb vom Motor erfolgt, beispielsweise im stromlosen Zustand, ist es erforderlich, die Position der Spindelmutter zu fixieren. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die Schlingfeder mit leichtem Übermaß direkt auf dem Ring sitzt und diesen gegen den Außendurchmesser der Spindelmutter drückt. In dem Fall, dass sich die Spindelmutter, beispielsweise infolge des Einwirkens äußerer Kräfte, drehen will, zieht sich die Schlingfeder aufgrund der anliegenden Reibung in Wickelrichtung zusammen und blockiert somit die Spindelmut ter. Auf diese Weise können unerwünschte Stellbewegungen wirksam vermieden werden.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gewindespindel einstückig mit dem Abtriebsteil des Aktuators ausgebildet. Hieraus ergeben sich sowohl fertigungstechnische als auch montagetechnische Vorteile.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist am Gehäuse und am Abtriebsteil ein Faltenbalg befestigt, der die Gewindespindel umschließt. Der Faltenbalg liegt am Gehäuse und am Abtriebsteil dicht an. Durch den Faltenbalg kann das Eindringen von Verunreinigungen in den Kugelgewindetrieb verhindert werden.
- Als vorteilhaft hat sich der Einsatz des erfindungsgemäßen Aktuators in einem aktiven Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Verstellung des Radsturzes, erwiesen. Aufgrund seiner hohen Ausfallsicherheit eignet sich der erfindungsgemäße Aktuator insbesondere für solche sicherheitsrelevanten Einsatzfelder. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Anwendungen erfolgen, andere Anwendungen sind durchaus möglich.
- Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Aktuator in einer Längsschnittdarstellung; -
2 einen Schlingfederfreilauf in einer Vorderansicht und einer Schnittdarstellung; -
3 eine Zusammenbauzeichnung des Schlingfederfreilaufs gemäß2 . -
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aktuator in einer Längsschnittdarstellung. Der erfindungsgemäße Aktuator umfasst einen als Elektromotor01 aus geführten Motor mit einem Stator02 und einem Rotor03 . Der Rotor03 dient gleichzeitig auch als Motorwelle. Der Elektromotor01 ist innerhalb eines Gehäuses04 angeordnet. - Der erfindungsgemäße Aktuator umfasst weiterhin ein als Kugelgewindetrieb ausgebildetes Getriebe mit einer Spindelmutter
06 , welche als Antriebsteil fungiert, und einer Gewindespindel07 als Abtriebsteil. - Die Spindelmutter
06 ist über ein Wälzlager08 in dem Gehäuse04 gelagert. - Die Gewindespindel
07 ist bei der gezeigten Ausführungsform einstückig mit dem Abtriebsteil10 ausgeführt. Zwischen der Spindelmutter06 und der Gewindespindel07 sind Kugeln11 angeordnet, die an Laufbahnen12 ,13 der Spindelmutter06 und der Gewindespindel07 abwälzen und in endlosen Kugelbahnen umlaufen. Eine Rotation der Spindelmutter06 wird in eine Translation der Gewindespindel07 umgewandelt. - Die Gewindespindel
07 bzw. das Abtriebsteil10 überragt bei der in1 gezeigten Ausführungsform das Gehäuse04 stirnseitig (rechts dargestellt). Um ein Eindringen von Verunreinigungen in den Kugelgewindetrieb, insbesondere in die Gewindespindel07 zu verhindern, ist der Aktuator an dieser Seite mit einem Faltenbalg15 versehen. Ein Ende des Faltenbalgs15 ist an der dem Abtriebsteil10 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses04 befestigt. Das andere Ende des Faltenbalgs15 ist mit dem Abtriebsteil10 verbunden. Der Faltenbalg15 liegt dicht am Gehäuse04 und am Abtriebsteil10 an. Hierdurch ist die Gewindespindel07 vollständig nach außen abgedichtet und kann nicht verschmutzen. - Die Spindelmutter
06 umgreifend ist ein Ring17 mit einem U-förmigen Profil angeordnet, welcher mit dem Gehäuse04 starr verbunden ist. - Auf dem Ring
17 ist eine Schlingfeder18 angeordnet. Zwischen Schlingfeder18 und Ring14 besteht eine Übermaßpassung. - Anhand der
2 und3 wird die Funktionsweise des Schlingfederfreilaufs erläutert.2 zeigt in Abbildung a) eine Vorderansicht und in Abbildung b) eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A in Abbildung a). In3 ist eine Zusammenbauzeichnung des Schlingfederfreilaufs gezeigt. - Der Aktuator funktioniert folgendermaßen: Zur Auslösung eines Stellvorgangs wird der Elektromotor
01 betätigt. Über einen Mitnehmer20 (siehe2 und3 ) des Elektromotors01 wird die Schlingfeder18 gegen ihre Wickelrichtung geöffnet. Dazu sind an der Schlingfeder18 zwei nach außen abgebogene Enden21 ausgebildet. Beim Drehen des Rotors und damit des Abtriebsteils des Motors01 werden die Enden21 je nach Drehrichtung des Motors in Richtung der Drehpfeile22 ,23 bewegt, wodurch die Schlingfeder18 geöffnet wird und dadurch vom Ring17 abhebt. Die Spindelmutter06 hat nun genügend Platz, um sich, durch den Mitnehmer20 angetrieben, drehen zu können. Dazu besitzt die Spindelmutter06 zwei, sich abschnittsweise in Umfangsrichtung erstreckende Anschlagsegmente24 . Die Schlingfeder18 rotiert bei angetriebner Spindelmutter06 mit. Das Drehen der Spindelmutter06 wird in eine Translation der Gewindespindel07 umgesetzt. Je nach Drehrichtung wird die Gewindespindel07 aus dem Gehäuse04 ausgefahren bzw. in das Gehäuse04 eingefahren. - In dem Fall, dass der Elektromotor
01 stromlos ist bzw. wenn, beispielsweise aufgrund von Schlaglöchern, in der Fahrbahn große Stoßkräfte in Längsrichtung des Abtriebsteiles10 in den Kugelgewindetrieb eingeleitet werden, muss sichergestellt werden, dass die Spindelmutter06 nicht in Rotation versetzt, und hierdurch unerwünschte Stellbewegungen hervorgerufen werden können. - Dies wird dadurch erreicht, dass die Schlingfeder
18 mit leichtem Übermaß auf dem Ring17 der Spindelmutter06 sitzt, welcher gegen den inneren Durchmesser26 der Spindelmutter18 drückt. Falls sich die Spindelmutter06 nun drehen will, zieht sich die Schlingfeder18 aufgrund der auftretenden Reibung in Wickelrichtung zusammen und blockiert hierdurch die Spindelmutter06 . - In Abbildung a) der
2 ist die geschlossene Stellung der Schlingfeder18 gezeigt, während Abbildung b) die geöffnete Stellung des Schlingfederfreilaufs darstellt. - Das Öffnen der Schlingfeder
18 geschieht unabhängig von der Drehrichtung des Motors rechts oder links. -
- 01
- Elektromotor
- 02
- Stator
- 03
- Rotor
- 04
- Gehäuse
- 05
- 06
- Spindelmutter
- 07
- Gewindespindel
- 08
- Wälzlager
- 09
- 10
- Abtriebsteil
- 11
- Kugeln des Kugelgewindetriebs
- 12
- Laufbahn der Spindelmutter
- 13
- Laufbahn der Gewindespindel
- 14
- 15
- Faltenbalg
- 16
- 17
- Ring
- 18
- Schlingfeder
- 19
- 20
- Mitnehmer
- 21
- abgebogenes Ende
- 22
- Drehrichtung
- 23
- Drehrichtung
- 24
- Anschlagsegment
- 25
- 26
- innerer Durchmesser
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 7537010 [0008]
- - WO 2003/029680 A1 [0009, 0012]
Claims (8)
- Aktuator mit einem Motor (
01 ) und einem Abtriebsteil (10 ) zum Anschluss an ein Stellelement sowie einer Lastmomentsperre zum Blockieren des Abtriebsteils (10 ) zur Vermeidung unerwünschter Stellbewegungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastmomentsperre durch eine Schlingfeder (18 ) gebildet ist. - Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Kugelgewindetrieb mit einer mit dem Abtriebsteil (
10 ) verbundenen Gewindespindel (07 ) und einer von dem Motor (01 ) angetriebenen Spindelmutter (06 ) umfasst. - Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gehäuse (
04 ) zur Aufnahme des Motors (01 ), der Lastmomentsperre sowie des Kugelgewindetriebs umfasst. - Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend der Spindelmutter (
06 ) ein mit dem Gehäuse (04 ) starr verbundener Ring (17 ) angeordnet ist, dass die Schlingfeder (18 ) zwischen dem Ring (17 ) und der Spindelmutter (06 ) angeordnet ist, wobei die Schlingfeder (18 ) in einer Sperrstellung die Spindelmutter (06 ) blockiert und in einer Freigabestellung eine Rotation der Spindelmutter (06 ) ermöglicht. - Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlingfeder (
18 ) mit Übermaß auf dem Außendurchmesser der Spindelmutter (06 ) sitzt. - Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (
07 ) einstückig mit dem Abtriebsteil (10 ) ausgebildet ist. - Aktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er einen am Gehäuse (
04 ) und am Abtriebsteil (10 ) dichtend befestigten Faltenbalg (15 ) umfasst, wobei der Faltenbalg (15 ) die Gewindespindel (07 ) umschließt. - Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines aktiven Fahrwerkslenkers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Verstellung eines Radsturzes ist.
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DE200810024910 Withdrawn DE102008024910A1 (de) | 2008-05-23 | 2008-05-23 | Aktuator mit einer Lastmomentsperre |
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