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Die Erfindung betrifft einen Aktuator, mit einem Motor, der mit einem einen Antrieb bildenden Schneckenrad gekoppelt ist, das mit einem einen Abtrieb bildenden Bolzenrad kämmt.
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Elektromechanische Aktuatoren werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, beispielsweise als Fahrwerksaktuator, z. B. bei einer Hinterachsverstellung, bei einer mechanischen Niveauregulierung oder einem Spur- und/oder Sturzversteller.
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Derartige elektromechanische Aktuatoren weisen einen Spindeltrieb auf, umfassend eine Gewindespindel und eine Kugelumlaufmutter, wobei entweder die Gewindespindel axial ortsfest und drehbar oder die Kugelumlaufmutter axial ortsfest und drehbar ausgebildet ist. Die jeweils andere Komponente wird bei einer Drehung in Axialrichtung verschoben. Mittels des Spindeltriebs kann somit eine Drehbewegung in eine Verschiebung oder eine Verschiebung in eine Drehbewegung umgewandelt werden.
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Bei Kraftfahrzeugen, die einen Aktuator aufweisen, wird in vielen Fällen eine Stillstandssicherung benötigt, um eine unerwünschte Stellbewegung zu vermeiden. Bei ausgeschaltetem Motor wird daher eine Sperre zum Blockieren eines Abtriebsteils benötigt.
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Aus der
DE 10 2008 024 910 A1 ist ein Aktuator mit einer Stillstandssicherung bekannt, die auf Reibschluss beruht.
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Daneben sind formschlüssige Stillstandssicherungen wie eine Rastkontur oder eine Stiftverriegelung bekannt. Zusätzlich kann eine fremdgesteuerte elektrische, pneumatische oder hydraulische Sperre eingesetzt werden, dafür ist allerdings eine separate Steuerung und ein separater Aktuator erforderlich, zu dessen Aktivierung Energie erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die separate bzw. zusätzliche mechanische Stillstandssicherung zusätzlichen Bauraum benötigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, der eine formschlüssige Stillstandssicherung aufweist und sich durch einen kleinen Bauraum auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Aktuator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schneckenrad ein Profil mit wenigstens einem steigungslosen Abschnitt aufweist.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, dass die Funktion einer Stillstandssicherung durch ein Schneckenrad mit einem speziellen Profil realisiert werden kann, so dass auf eine zusätzliche, separate oder externe Stillstandssicherung verzichtet werden kann. Da die Stillstandssicherung durch das Schneckenrad mit dem speziellen Profil, das wenigstens einen steigungslosen Abschnitt aufweist, bewirkt wird, ergeben sich Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums, da überhaupt kein zusätzlicher Bauraum im Vergleich zu einem herkömmlichen Aktuator benötigt wird. Das Schneckenrad des erfindungsgemäßen Aktuators weist das Profil mit einem steigungslosen Abschnitt auf. Wenn sich dieser steigungslose Abschnitt des Schneckenrads im Eingriff mit dem Bolzenrad befindet, ist das Bolzenrad gesperrt. Die auf diese Weise gebildete formschlüssige Stillstandssicherung blockiert eine Drehung des Bolzenrads, so dass der Abtrieb gesperrt ist. Im ausgeschalteten Zustand des Motors, das heißt bei ausgeschaltetem Antrieb, wird somit eine unerwünschte Drehung oder Verstellung des Bolzenrads verhindert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator wird es bevorzugt, dass das Profil des Schneckenrads zwei steigungslose Abschnitte aufweist, zwischen denen sich ein eine Steigung aufweisender Abschnitt befindet. Der die Steigung aufweisende Abschnitt kann somit zum Antreiben des Bolzenrads und einer damit gekoppelten Komponente dienen. Aufgrund des steigungslosen Abschnitts erfolgt eine Verstellung der mit dem Bolzenrad gekoppelten Komponente diskontinuierlich. Dies ist jedoch nicht nachteilig, wenn der erfindungsgemäße Aktuator eingesetzt wird, um eine mit dem Bolzenrad gekoppelte Komponente zu positionieren oder zu verstellen. Bei derartigen Verstellmechanismen kommt es lediglich darauf an, eine verstellbare Komponente in eine gewünschte Position zu bringen, es ist nicht erforderlich, dass die Bewegung oder Drehung kontinuierlich erfolgt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator wird es bevorzugt, dass sich das Profil des Schneckenrads näherungsweise entlang des gesamten Umfangs erstreckt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators sieht vor, dass das Schneckenrad als Globoidschnecke ausgebildet ist. Die Globoidschnecke kann mit einem Stirnrad kämmen, wodurch ein Globoidkurvengetriebe gebildet ist. Vorzugsweise sind die Bolzen des Bolzenrads dabei senkrecht zur Drehachse des Bolzenrads angeordnet, dementsprechend weisen die Bolzen des Bolzenrads radial nach außen.
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Gemäß einer weiteren, alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators kann es vorgesehen sein, dass das Schneckenrad als Zylinderschnecke ausgebildet ist. Die Zylinderschnecke kann mit einem Bolzenrad kämmen, wodurch ein Zylinderschneckengetriebe gebildet ist.
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Vorzugsweise sind die Bolzen des Bolzenrads parallel zur Drehachse des Bolzenrads angeordnet.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aktuators sieht vor, dass das Bolzenrad mit einem eine Gewindespindel und eine Kugelumlaufmutter aufweisenden Spindeltrieb gekoppelt ist, wobei das Bolzenrad mit einer axial ortsfesten und drehbaren Gewindespindel gekoppelt ist. In diesem Fall wird die Gewindespindel durch den Antrieb gedreht und verschiebt dabei die Kugelumlaufmutter in Axialrichtung. Alternativ kann das Bolzenrad des erfindungsgemäßen Aktuators mit einer axial ortsfesten und drehbaren Kugelumlaufmutter gekoppelt sein. Bei dieser Ausgestaltung wird die Kugelumlaufmutter durch den Antrieb gedreht und verschiebt dabei die Gewindespindel axial.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Aktuator;
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2 eine um 90° gedrehte Ansicht des Aktuators von 1;
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3 eine um eine andere orthogonale Achse um 90° gedrehte Ansicht des Aktuators von 1;
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4 eine perspektivische Ansicht des Aktuators von 1;
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5 eine Abwicklung des Profils des Schneckenrads des Aktuators der 1 bis 4;
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6 den in 1 gezeigten Aktuator in einer Sperrstellung;
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7 eine der 2 entsprechende Ansicht;
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8 eine der 3 entsprechende Ansicht;
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9 eine der 4 entsprechende Ansicht in Sperrstellung des Aktuators;
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10 einen erfindungsgemäßen Aktuator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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11 eine um 90° gedrehte Ansicht des Aktuators von 10;
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12 eine um 90° um eine andere Achse gedrehte Ansicht des Aktuators von 10; und
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13 eine perspektivische Ansicht des in 10 gezeigten Aktuators.
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1 zeigt einen Aktuator 1, mit einem Schneckengetriebe, das einen als Schneckenrad 2 ausgebildeten Antrieb und einen damit kämmenden, als Bolzenrad 3 ausgebildeten Abtrieb aufweist.
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Ein Doppelpfeil 4 (Momentenpfeil) gibt in 1 das auf der Drehachse des Schneckenrads 2 wirkende Moment an. Das Schneckenrad 2 umfasst einen als Elektromotor (nicht gezeigt) ausgebildeten Antrieb, der im eingeschalteten Zustand das axial ortsfeste und drehbare Schneckenrad 2 dreht. Der Antrieb ist mit dem Schneckenrad 2 gekoppelt und kann entweder axial dazu angeordnet oder innerhalb des Schneckenrads angeordnet sein. Das Schneckenrad 2 weist ein Profil auf, das sich in Umfangsrichtung erstreckt und mehrere Abschnitte aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Profil einen eine Steigung aufweisenden Abschnitt 5 auf, der – wie in den 1 bis 4 gezeigt ist – im Eingriff mit dem Bolzenrad 3 ist. Daneben weist das Profil einen ersten steigungslosen Abschnitt 6 und einen zweiten steigungslosen Abschnitt 7 auf. In 3 ist am besten erkennbar, dass die beiden steigungslosen Abschnitte 6, 7 in Axialrichtung gegeneinander versetzt sind. Das Profil, das den steigungslosen Abschnitt 6, den die Steigung aufweisenden Abschnitt 5 und den steigungslosen Abschnitt 7 aufweist, erstreckt sich über den gesamten Umfang des Schneckenrads 2.
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Das Bolzenrad 3 ist mit einer axial ortsfesten und drehbaren Gewindespindel gekoppelt. Bei einer durch den Aktuator 1 bewirkten Drehung des Bolzenrads 3 wird die Gewindespindel gedreht und verschiebt eine Kugelumlaufmutter axial. Das Bolzenrad kann grundsätzlich entweder eine Gewindespindel oder eine Kugelumlaufmutter antrieben. Das Bolzenrad kann alternativ auch axial bewegbar ausgebildet sein, wenn das Gegenstück axial ortsfest ist.
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In dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schneckenrad 2 als Globoidschnecke ausgebildet.
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Das Schneckengetriebe umfasst daneben das Bolzenrad 3, dessen Bolzen 8 rechtwinklig zur Drehachse 9 angeordnet sind. Die Bolzen 8 erstrecken sich an dem Bolzenrad 3 radial nach außen.
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5 ist eine Abwicklung des Profils des Schneckenrads 2, wobei auf der horizontalen Achse der Umfangswinkel und auf der vertikalen Achse die Position des Profils in Axialrichtung des Schneckenrads 2 aufgetragen ist. Die abgewickelte Globoidkurve zeigt, dass die Höhe des Profils im Bereich des keine Steigung aufweisenden Abschnitts 7 einen bestimmten, konstanten Wert aufweist. Es sind allerdings auch Ausführungen denkbar, bei denen der steigungslose Abschnitt zu den Enden abgeflacht ist, indem der Übergang zwischen den Abschnitten sanft ausgebildet ist, das heißt, dass sich die Steigung langsam den Wert Null annähert. Daran schließt sich der die Steigung aufweisende Abschnitt 5 an, in dem die Profilkurve mit konstanter Steigung sinkt, bis der keine Steigung aufweisende Abschnitt 6 erreicht wird. Durch die Wahl des in 5 eingezeichneten Winkels α kann eine gewünschte Kraftverstärkung nach dem Gesetz der schiefen Ebene beeinflusst und festgelegt werden.
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Nur wenn sich der die Steigung aufweisende Abschnitt 5 in Berührkontakt mit dem Bolzenrad 3 befindet, wird dieses gedreht. Wenn das Bolzenrad 3 hingegen Kontakt mit einem der Abschnitte 6, 7 ohne Steigung hat, wird das Bolzenrad 3 nicht gedreht, vielmehr nimmt der Aktuator 1 dann eine Sperrstellung ein.
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Die 6–9 entsprechen den 1–4, wobei das Schneckenrad 2 und das Bolzenrad 3 in eine Sperrstellung gebracht sind.
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Um den Aktuator 1 bzw. das Bolzenrad 3 in eine Sperrstellung zu bewegen, wird das Schneckenrad 2 soweit gedreht, bis sich ein steigungsloser Abschnitt 6, 7 im Eingriff mit dem Bolzenrad 3 befindet. In dieser Situation sind das Schneckenrad 2 und das Bolzenrad 3 formschlüssig miteinander verbunden. Das Bolzenrad 3 kämmt mit dem keine Steigung aufweisenden Abschnitt 6, so dass es nicht in unerwünschter Weise durch eine äußere Kraft, die an dem Bolzenrad 3 oder einem damit verbundenen Bauteil angreift, gedreht werden kann. Das Bolzenrad 3 nimmt somit eine definierte Sperrposition ein.
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Andererseits ist es dem Antrieb, das heißt dem Schneckenrad 2, in diesem Zustand möglich, eine rotatorische Bewegung bis zum erneuten Eingriff des die Steigung aufweisenden Abschnitts 5 des Schneckenrads 2 durchzuführen.
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Wenn der Aktuator 1 betätigt wird, um mittels des Schneckenrads 2 das Bolzenrad 3 anzutreiben, wird dieses gedreht. Die Drehbewegung ist jedoch diskontinuierlich, lediglich wenn der die Steigung aufweisende Abschnitt 5 mit dem Bolzen 8 des Bolzenrads 3 kämmt, wird das Bolzenrad 3 gedreht. Durch Umkehren der Drehrichtung des Schneckenrads 2 kann die Bewegungsrichtung des Bolzenrads 3 umgekehrt werden.
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Die 10 bis 13 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aktuators 10, umfassend ein Schneckenrad 11 und ein Bolzenrad 12. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Schneckenrad 11 als Zylinderschnecke ausgebildet. Das Schneckenrad 11 weist ein Profil auf, umfassend einen eine Steigung aufweisenden Abschnitt 13 und zwei steigungslose Abschnitte 14, 15. Der Aufbau des Profils des Schneckenrads 11 ist ähnlich zu demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Das Profil des Schneckenrads 11 erstreckt sich über den gesamten Umfang und umfasst den die Steigung aufweisenden Abschnitt 13, an den sich beidseitig die steigungslosen Abschnitte 14, 15 anschließen.
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Das Bolzenrad 12 umfasst in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Bolzen 16, die parallel zur Drehachse 17 des Bolzenrads 12 angeordnet sind. Dementsprechend sind die Bolzen 16 auch parallel zueinander angeordnet.
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Lediglich wenn sich der die Steigung aufweisende Abschnitt 13 im Eingriff mit den Bolzen 16 befindet, dreht das Schneckenrad 11 das Bolzenrad 12, wie am besten in 12 zu sehen ist.
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Wenn das Schneckenrad 11 aus der in den 10 bis 13 gezeigten Position um ca. 180° gedreht wird, befindet sich einer der steigungslosen Abschnitte 14, 15 im Eingriff mit den Bolzen 16. In dieser Stellung befindet sich das Bolzenrad 12 in einer Sperrstellung, das heißt selbst bei auftretenden äußeren Kräften kann das Bolzenrad 12 nicht gedreht werden, da es durch einen der steigungslosen Abschnitte 14, 15 blockiert ist.
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Das Bolzenrad 12 ist mit einer axial ortsfesten und drehbaren Kugelumlaufmutter eines Spindeltriebs gekoppelt. Bei einer durch den Aktuator 10 veranlassten Drehung des Bolzenrads 12 dreht sich die Kugelumlaufmutter und verschiebt die Gewindespindel axial. Andere Ausführungen können eine umgekehrte Kinematik aufweisen, so dass die Spindel eines Spindeltriebs gedreht und die Kugelumlaufmutter dadurch axial verschoben wird.
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Der Aktuator 10 ist Bestandteil des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs und in einer Hinterachslenkung, in einer Niveauverstellung oder bei einem Spur- und/oder Sturzversteller einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Schneckenrad
- 3
- Bolzenrad
- 4
- Pfeil
- 5
- Abschnitt
- 6
- Abschnitt
- 7
- Abschnitt
- 8
- Bolzen
- 9
- Drehachse
- 10
- Aktuator
- 11
- Schneckenrad
- 12
- Bolzenrad
- 13
- Abschnitt
- 14
- Abschnitt
- 15
- Abschnitt
- 16
- Bolzen
- 17
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024910 A1 [0005]
