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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung insbesondere zur Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine Linearantriebseinheit mit einem linear bewegbaren Verstellelement, ein Steuerelement, eine Aktuatorwelle, sowie einen ersten Stellring eines Kugel- oder Gleitrampenmechanismus.
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Stand der Technik
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Aktuatoranordnungen in unterschiedlichsten konstruktiven Ausführungen dienen im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang der wahlweisen Aktuierung einer antriebswirksamen Verbindung eines Antriebselements mit einem Abtriebselement.
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Für die elektromechanische Aktuierung von beispielsweise Kupplungssystemen innerhalb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wird meist ein Kugel- oder Gleitrampenmechanismus eingesetzt. Der Kugel- oder Gleitrampenmechanismus erfüllt dabei die Aufgabe eine rotatorische Antriebsbewegung seitens einer Antriebseinheit, nämlich in der Regel eines Elektromotors, in eine translatorische Stellbewegung zur Aktuierung der Kupplung umzuwandeln. Für derartige Aktuatorikanwendungen kommen insbesondere DC-Motoren in der Ausführung als Bürstenmotoren, oder, bei hoher Schalthäufigkeit über die Lebensdauer, in der Ausführung als bürstenlose Motoren zum Einsatz. In den meisten Anwendungsfällen ist eine hohe Stellgenauigkeit und/oder Stelldynamik gewünscht, was wiederum eine präzise und schnelle Aktuatorikkette erfordert. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden wird bei elektromotorisch betriebenen Aktuatoranordnungen oftmals ein Rotor-Positionssensor eingesetzt. Derartige Aktuatoranordnungen sind für einfache Stellbewegungen oftmals überentwickelt, kostenintensiv und wirken sich negativ auf Bauraum und Gewicht aus. Die Kosten der Aktuatoranordnung werden zu einem hohen Maß von den erforderlichen Elektronik- und Leiterplattenbauteilen im Steuergerät, das der Steuerung des Elektromotors und somit der Aktuatoranordnung dient, bestimmt.
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Die gängigsten Aktuatorsysteme weisen einen Elektromotor, eine Schnecken- oder Stirnradgetriebestufe und einen Kugel- oder Gleitrampenmechanismus auf. Weiterhin sind direkte, elektromagnetische Aktuierungsanordnungen mit Ringspulenmagneten bekannt. Diese Systeme sind jedoch aufgrund der Ausgestaltung der Ringspule (hoher Kupfer-Anteil) sehr kostenintensiv, bedingen ein erhöhtes Gewicht (Eisenkern) der Aktuatoranordnung und weisen zudem Einschränkungen hinsichtlich des maximalen Hubs beziehungsweise der maximalen Schaltkräfte und der erreichbaren Schaltdynamik auf. Weitere bekannte Aktuatorsysteme basieren auf der hydraulischen Aktuierung. Derartige Systeme umfassen in der Regel einen elektrischen Antriebsmotor, eine Verdrängerpumpe, ein Druckbegrenzungsventil, ein schaltend oder regelnd ausgelegtes Magnetventil und einen Öltank. Diese Aktuatoranordnungen erfordern eine Vielzahl an Einzelkomponenten die über einen Ventilblock oder entsprechende Hydraulikleitungen miteinander verbunden werden müssen, woraus hohe Fertigungs- und Montagekosten sowie ein großer Bauraumbedarf resultieren. Um diesen Nachteilen entgegen zu wirken sind auch geschlossene hydraulische Aktuatorsysteme bekannt, die beispielsweise aus einem Elektromotor, einer Kugelumlaufspindel, einem Druckkolben und einer Sensorik bestehen. Nachteilig hierbei sind die hohen Systemkosten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine kosten-, bauraum- sowie gewichtsreduzierte Aktuatoranordnung anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Aktuatoranordnung umfassend eine Linearantriebseinheit mit einem linear bewegbaren Verstellelement, ein Steuerelement, wobei das Steuerelement mit dem Verstellelement gekoppelt ist und mittels einer Hubbewegung des Verstellelements zu einer Hubbewegung aktuierbar ist, eine Aktuatorwelle, wobei die Aktuatorwelle über in einer Steuerkulisse geführte Wälzkörper mit dem Steuerelement antriebswirksam gekoppelt ist und so die Aktuatorwelle mittels einer Hubbewegung des Steuerelements zu einer Drehbewegung aktuierbar ist, und einen ersten Stellring, wobei der erste Stellring über eine Verzahnung mit der Aktuatorwelle antriebswirksam gekoppelt ist und so der erste Stellring mittels einer Drehbewegung der Aktuatorwelle zu einer Drehbewegung aktuierbar ist.
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Erfindungsgemäß umfasst die Aktuatoranordnung eine Linearantriebseinheit, ein Steuerelement, eine Aktuatorwelle und einen ersten Stellring.
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Die Linearantriebseinheit weist gemäß der vorliegenden Erfindung ein linear bewegbares Verstellelement auf, wobei das Verstellelement mit dem Steuerelement gekoppelt ist und das Steuerelement durch eine Hubbewegung des Verstellelements zu einer Hubbewegung aktuierbar ist.
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Das Steuerelement wiederum ist erfindungsgemäß über in einer Steuerkulisse geführte Wälzkörper mit der Aktuatorwelle antriebswirksam gekoppelt, wobei die Aktuatorwelle durch eine Hubbewegung des Steuerelements zu einer Drehbewegung aktuierbar ist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Aktuatorwelle über eine Verzahnung mit dem ersten Stellring antriebswirksam gekoppelt, wobei durch eine Drehbewegung der Aktuatorwelle eine Drehbewegung des ersten Stellrings aktuierbar ist.
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Die Hubbewegung des Verstellelements und des Steuerelements erfolgen in eine axiale Richtung, wobei die Begrifflichkeit „axial“ hier eine Richtung entlang oder parallel zu einer ersten Längsachse, nämlich der Längsachse der Linearantriebseinheit beschreibt.
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Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung zeichnet sich durch ein geringes Gewicht und einen geringen Bauraumbedarf aus. Darüber hinaus ist sie kostengünstig und zudem bauteiloptimiert herstellbar – dies wird insbesondere durch den reduzierten Elektronik- und /oder Steueraufwand erreicht. Weiterhin bietet der erfindungsgemäße Aufbau der Aktuatoranordnung eine hohe Variabilität in der Darstellung unterschiedlicher funktionaler Anforderungen. So können unterschiedlichste Sicherheitsanforderungen, wie sie beispielsweise unter den Begriffen „steady state“ bzw. „stay silent“, „normally closed“ oder „normally open“ bekannt sind, auf einfache Weise durch entsprechende Wahl der Linearantriebseinheit realisiert werden.
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Die Linearantriebseinheit ist bevorzugt als ein Hubmagnet mit zumindest einer Elektromagnetspule und einem linear bewegbaren Anker ausgebildet, wobei der linear bewegbare Anker das Verstellelement darstellt, oder mit diesem zur Übertragung einer axialen Hubbewegung verbunden ist.
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Durch den Einsatz eines Hubmagneten als Linearantriebseinheit wird eine besonders kostengünstige und zuverlässige Aktuatoranordnung realisiert. Weiterhin ist ein gewünschtes „fail save“ Verhalten der Aktuatoranordnung durch die Wahl eines geeigneten Hubmagneten – einfachwirkender Hubmagnet mit Rückstellfeder, bistabiler Hubmagnet, doppelt wirkender Hubmagnet – einfach realisierbar.
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Der Hubmagnet kann als einfacher Schaltmagnet oder als Proportionalmagnet, d.h. kraft- oder weggesteuert, ausgebildet sein. Derart sind auf einfache Art und Weise Schalt-, Stell- und Regelungsaufgaben realisierbar.
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Der Einsatz einer anderen Linearantriebseinheit, d.h. keines Hubmagneten, ist jedoch ebenso denkbar.
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Das Steuerelement kann eine Mitnahmeausnehmung zur Verbindung mit dem Verstellelement aufweisen. Weiterhin ist eine einteilige Ausführung des Verstellelements und des Steuerelements denkbar.
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Die Steuerkulisse weist bevorzugt eine Steigung auf.
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Bevorzugt ist die Aktuatoranordnung durch die Gestaltung der Steuerkulisse in eine mechanisch selbstsperrende Position bringbar.
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Weiterhin ist durch die Gestaltung der Steuerkulisse vorzugsweise eine Drehbewegung der Aktuatorwelle durch mehrere, aufeinanderfolgende Hubbewegungen des Verstellelements der Linearantriebseinheit aktuierbar.
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Eine an die Hub-Kraft-Charakteristik der Linearantriebseinheit angepasste Steigung der Steuerkulisse ermöglicht eine über den Arbeitshub des Verstellelements der Linearantriebseinheit variable Übersetzung der Aktuatorwelle mit maximaler Stelldynamik.
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Die Aktuatorwelle weist vorzugsweise eine sich axial erstreckende Aufnahmeöffnung auf, wobei das Steuerelement zumindest teilweise in der Aufnahmeöffnung der Aktuatorwelle angeordnet ist, wobei auch hier die Begrifflichkeit „axial“ eine Richtung entlang oder parallel zu der ersten Längsachse, nämlich der Längsachse der Linearantriebseinheit, beschreibt.
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Derart kann eine besonders kompakter Aufbau einer erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung erreicht werden.
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Eine Anordnung in der das Steuerelement eine sich axial erstreckende Aufnahmeöffnung aufweist, in der die Aktuatorwelle teilweise angeordnet ist, ist ebenso denkbar.
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Die Steuerkulisse zur Führung der Wälzkörper zwischen dem Steuerelement und dem Aktuator ist bevorzugt aus einer ersten Steuernutgeometrie und einer zweiten Steuernutgeometrie ausgebildet. Die erste Steuernutgeometrie ist vorzugsweise in der Mantelfläche des Steuerelements spiralförmig umlaufend ausgebildet. Die zweite Steuernutgeometrie ist bevorzugt zu der ersten Steuernutgeometrie korrespondierend an der die Aufnahmeöffnung der Aktuatorwelle begrenzenden Umfangsfläche spiralförmig umlaufend ausgebildet.
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Die Verzahnung zur antriebswirksamen Koppelung der Aktuatorwelle mit dem ersten Stellring ist vorzugsweise aus einem ersten Verzahnungsbereich und einem zweiten Verzahnungsbereich ausgebildet. Der erste Verzahnungsbereich ist vorzugsweise an der Mantelfläche der Aktuatorwelle ausgebildet. Der zweite Verzahnungsbereich ist vorzugsweise an dem Außenumfang des ersten Stellrings ausgebildet. Der erste Verzahnungsbereich kann beispielsweise als ein Ritzel oder eine Schnecke ausgeführt sein und der zweite Verzahnungsbereich als dazu korrespondierende Gegenverzahnung.
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Der erste Stellring ist bevorzugt Teil eines Kugel- oder Gleitrampenmechanismus und derart mit einem zweiten Stellring antriebswirksam gekoppelt, dass mittels einer Drehbewegung des ersten Stellrings eine Hubbewegung des zweiten Stellrings aktuierbar ist.
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Mögliche Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung sind die elektromechanische Betätigung diverser Schaltelemente im automotiven Antriebsstrang, wie reib- und formschlüssige Kupplungen, die Schaltungsbetätigung von Sperrsynchronisierungen, die Betätigung von Parksperrenhebel, die Betätigung von „Disconnect“-Kupplungssystemen und viele weitere Applikationen. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung zur Betätigung von „Disconnect“-Kupplungssystemen in unterschiedlichsten Ausführungen mit unterschiedlichsten momentenübertragenden Elementen, wie beispielsweise Klauenkupplungen, Schiebemuffen-Kupplungssysteme etc., wird in der Regel ein Kupplungsteil bzw. eine Schiebemuffe axial verschoben, um eine Kupplung zu öffnen oder zu schließen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Stirnansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung.
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2 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung gemäß 1.
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3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Hauptkomponenten einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung gemäß 1.
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4 zeigt eine Querschnittansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A, wobei sich ein Anker einer Linearantriebseinheit in einer ersten Ankerposition befindet.
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5 zeigt eine Querschnittansicht einer beispielhaften erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A, wobei sich ein Anker einer Linearantriebseinheit in einer zweiten Ankerposition befindet.
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6 zeigt eine Detailansicht eines Steuerelements.
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7a–7d zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Ausführung einer ersten Steuernutgeometrie in einer „abgewickelten“ Darstellung.
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8 zeigt eine alternative Ausführung eines Steuerelements mit einer ersten Steuernutgeometrie für eine mehrhübige, unidirektional wirksame Stellbewegung.
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9 zeigt eine Schnittansicht einer Aktuatorwelle.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 bis 5 zeigen eine beispielhafte erfindungsgemäße Aktuatoranordnung 1 in unterschiedlichen Ansichten.
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Die beispielhafte Aktuatoranordnung 1 umfasst eine Linearantriebseinheit 2, ein Steuerelement 4, eine Aktuatorwelle 5 sowie einen Gleitrampenmechanismus 16.
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Die Linearantriebseinheit 2 ist als elektromagnetische Linearantriebseinheit, nämlich als ein Hubmagnet 2‘, ausgebildet. Der Hubmagnet 2‘ weist eine Elektromagnetspule (nicht dargestellt), eine Rückstellfeder (nicht dargestellt) und einen innerhalb der Elektromagnetspule angeordneten, axial verschiebbaren Anker 3‘ auf, der zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material besteht. Der Anker 3‘ kann entweder einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein – bei einer mehrteiligen Ausführung des Ankers 3‘ besteht der Anker 3‘ aus einem ferromagnetischen Ankerteil und einem fest mit dem Ankerteil verbundenen Stößel.
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Der Anker 3‘ stellt das axial, nämlich in Richtung einer ersten Längsachse 18 des Hubmagneten 2‘, bewegbare Verstellelement 3 der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung 1 dar.
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Der Anker 3‘ ist je nach Ausführung des Hubmagneten 2‘ linear zumindest in eine erste Ankerposition und eine zweite Ankerposition bewegbar. Der Anker 3‘ nimmt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 5 in einem unbestromten Zustand des Hubmagneten 2‘ eine erste Ankerposition (4) und in einem bestromten Zustand des Hubmagneten 2‘ eine zweite Ankerposition (5) ein.
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In der ersten Ankerposition des Ankers 3‘ wird dieser von der Rückstellfeder des Hubmagneten 2‘ in der ersten, eingefahrenen Ankerposition gehalten. Entsprechend der Aktuatorikkette ist das Steuerelement 4 bei erster Ankerposition in einer ersten Steuerelementposition und der erste Stellring 8 in einer ersten Stellringposition (4).
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Bei Bestromung des Hubmagneten 2‘, genauer der Elektromagnetspule des Hubmagneten 2‘, führt der Anker 3‘ entgegen der Kraft der Rückstellfeder des Hubmagneten 2‘ eine axiale Hubbewegung, nämlich in Richtung der ersten Längsachse 18, in die zweite, ausgefahrene Ankerposition aus (5).
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Eine umgekehrte Ausführung, in der beispielsweise der Anker 3‘ in einem unbestromten Zustand des Hubmagneten 2‘ ausgefahren ist, ist durch einen entsprechenden Aufbau des Hubmagneten 2‘ ebenso denkbar. Entsprechend der Aktuatorikkette ist das Steuerelement 4 bei zweiter Ankerposition in einer zweiten Steuerelementposition und der erste Stellring 8 in einer zweiten Stellringposition (5).
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Weiterhin umfasst die Aktuatoranordnung 1 ein mit dem Anker 3‘ gekoppeltes, axial verschiebbares und gegen Verdrehung gesichertes Steuerelement 4. Das Steuerelement 4 ist im Wesentlichen hülsenförmig, zylindrisch ausgebildet und weist eine Mitnahmeausnehmung 10 auf. Der Anker 3‘ ist dabei so geformt, dass das freie Ende des Ankers 3‘ in die in dem Steuerelement 4 ausgebildete Mitnahmeausnehmung 10 eingreift. (6, 8)
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Das Steuerelement 4 ist in dem in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Aktuatoranordnung 1 vollständig in einer sich axial, nämlich in Richtung der ersten Längsachse 18, erstreckenden Aufnahmeöffnung 11 der Aktuatorwelle 5 angeordnet. Das Steuerelement 4 ist über eine Steuerkulisse 6 mit der Aktuatorwelle 5 antriebswirksam gekoppelt. (2–5, 9)
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Die Steuerkulisse 6 weist eine erste Steuernutgeometrie 12 und eine zweite Steuernutgeometrie 13 auf, wobei die erste Steuernutgeometrie 12 spiralförmig umlaufend in der Mantelfläche des Steuerelements 4 ausgebildet ist und die zweite Steuernutgeometrie 13 spiralförmig umlaufend in der Umfangsfläche der im Wesentlichen zylindrisch ausgeformten Aufnahmeöffnung 11 der Aktuatorwelle 5 ausgeformt ist. (6–9). Die Steuerkulisse 6 weist eine Steigung 25, 25‘ auf (6–8). In der Steuerkulisse 6, genauer zwischen der ersten Steuernutgeometrie 12 und der zweiten Steuernutgeometrie 13, sind drei kugelförmige, in einem Käfig 20 geführte Wälzkörper 7 geführt. Die kugelförmigen Wälzkörper 7 sind in axialer Richtung entsprechend der Steigung 25, 25‘ der Steuerkulisse 6 im Käfig 20 versetzt angeordnet. Alternativ kann die Geometrie der ersten Steuernutgeometrie 12 – bei gleicher axialer Position der Wälzkörper 7 im Käfig 20 – mehrgängig, d.h. bei drei Wälzkörpern dreigängig, ausgeführt sein.
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Bei einer axialen Hubbewegung des Steuerelements 4 erfährt die in axialer Richtung, nämlich einer Richtung entlang der ersten Längsachse, fixierte und um die erste Längsachse 18 drehbar gelagerte Aktuatorwelle 5 eine Drehbewegung. Der Zusammenhang zwischen dem Hub des Steuerelements 4 und dem Verdrehwinkel der Aktuatorwelle 5 entspricht der Steigung 25, 25‘ der Steuerkulisse 6, welche nicht zwingendermaßen linear verlaufen muss, sondern in vorteilhafter Weise an die Hub-Kraft-Charakteristik des Hubmagneten 2‘ beziehungsweise an die Federcharakteristik einer Rückstellfeder des Hubmagneten 2‘ angepasst ist.
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Die Ausbildung der Steigung 25, 25‘ der Steuerkulisse ist in 6 und in 8 anhand der ersten Steuernutgeometrie 12 der Steuerkulisse 6 gezeigt. Mögliche Ausführungsformen der ersten Steuerkulisse 6 sind in 7a bis 7d dargestellt. 7a zeigt eine konstante Steigung 25. 7b zeigt eine konstante Steigung 25, eine konstante weitere Steigung 25‘ sowie einen Übergangsbereich der Steigung 25 auf die weitere Steigung 25‘. 7c zeigt eine konstante Steigung 25, eine konstante weitere Steigung 25‘ in Gegenrichtung und einen Übergangsbereich der Steigung 25 auf die weitere Steigung 25‘. 7d zeigt eine konstante Steigung 25 mit einem Totpunkt in Endlage. Somit kann die Aktuatoranordnung 1, unabhängig von Ausführung und Wirkungsgrad der Verzahnung 9 zwischen der Aktuatorwelle 5 und dem erstem Stellring 8, in einen selbstsperrenden Zustand gebracht werden, in welchem zur Aufrechterhaltung der beispielsweise zweiten Stellringposition des ersten Stellrings 8 keine elektrische Halteleistung am Hubmagneten 2‘ erforderlich ist.
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Die Aktuatorwelle 5 ist von einem Aktuatorwellen-Gehäuse 22 umgeben. Das Aktuatorwellen-Gehäuse 22 schließt einseitig unmittelbar an einem Hubmagnet-Gehäuse 23 des Hubmagneten 2‘ an – das Aktuatorwellen-Gehäuse 22 ist vermittels dreier Verbindungspunkte 24, wie beispielsweise Schraubpunkte, mit dem Hubmagnet-Gehäuse 23 verbunden.
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Die Aktuatorwelle 5 ist über eine Verzahnung 9 mit dem ersten Stellring 8 antriebswirksam gekoppelt – zwischen der Aktuatorwelle 5 und dem ersten Stellring ist somit eine Getriebestufe ausgebildet. Die Verzahnung 9 bildet sich aus einem ersten Verzahnungsbereich 14 und einem zweiten Verzahnungsbereich 15 aus. Der erste Verzahnungsbereich 14 ist an der Mantelfläche der Aktuatorwelle 5 eingearbeitet und als Schneckenverzahnung ausgebildet (9). Der erste Verzahnungsbereich 14 steht mit dem zweiten Verzahnungsbereich 15, der als Zahnsegment einer Schneckenradverzahnung ausgebildet ist, in ständigem Eingriff. Der zweite Verzahnungsbereich 15 ist an dem Außenumfang eines ersten Stellrings 8 ausgebildet.
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Der erste Stellring 8 ist Teil eines Gleitrampenmechanismus 16. Der Gleitringmechanismus 16 umfasst den drehbaren, axial, nämlich in Richtung einer zweiten Längsachse 19 des Gleitringmechanismus 16, fixierten ersten Stellring 8 sowie einen drehbaren sowie axial, nämlich in Richtung einer zweiten Längsachse 19, bewegbaren zweiten Stellring 17. Eine an dem zweiten Verzahnungsbereich 15 über den ersten Verzahnungsbereich 14 der Aktuatorwelle 5 eingeleitete Drehbewegung wird durch die Geometrie mehrerer an dem ersten Stellring 8 und an dem zweiten Stellring 17 ausgebildeter Rampensegmente 21, 21‘, die miteinander in korrespondierendem Eingriff stehen, in eine axiale Hubbewegung, nämlich in Richtung der zweiten Längsachse 19, des zweiten Stellrings 17 umgewandelt.
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4 zeigt eine Querschnittansicht der beispielhaften Aktuatoranordnung 1, wobei sich der Anker 3‘, beispielsweise dem unbestromten Zustand des Hubmagneten 2‘ entsprechend, in einer ersten, eingefahrenen Ankerposition befindet. In dieser ersten Ankerposition ist der Anker 3‘ von der Rückstellfeder des Hubmagneten 2‘ in einer ersten Ankerposition gehalten. Entsprechend der Aktuatorikkette ist das Steuerelement 4 bei erster Ankerposition des Ankers 3‘ des Hubmagneten 2‘ in der ersten Steuerelementposition und der erste Stellring 8 in der ersten Stellringposition.
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5 zeigt eine Querschnittansicht der beispielhaften Aktuatoranordnung 1, wobei sich der Anker 3‘, beispielsweise dem bestromten Zustand des Hubmagneten 2‘ entsprechend, in einer zweiten, ausgefahrenen Ankerposition befindet. Bei Bestromung des Hubmagneten 2‘, genauer der Elektromagnetspule des Hubmagneten 2‘, führt der Anker 3‘ entgegen der Kraft der Rückstellfeder des Hubmagneten 2‘ eine axiale Hubbewegung, nämlich in Richtung der ersten Längsachse 18, in eine zweite Ankerposition aus. Durch diese axiale Hubbewegung des Ankers 3‘ ausgehend von der ersten Ankerposition (4) in die zweite Ankerposition (5) wird das Steuerelement 4 axial, nämlich in Richtung der ersten Längsachse 18, in Bezug auf 4 und 5 von links nach rechts, innerhalb der Aufnahmeöffnung 11 der Aktuatorwelle 5 verschoben. Durch die kinematische Kopplung des Steuerelements 4 mit der Aktuatorwelle 5 über die in der Steuerkulisse 6 geführten und dem Käfig 20 gehaltenen Wälzkörper 7 kommt es zu einer Verdrehung der Aktuatorwelle 5. Durch die Verdrehung der Aktuatorwelle 5 kommt es aufgrund der Verzahnung 9 zwischen der Aktuatorwelle 5 und dem ersten Stellring 8 zu einer Verdrehung des ersten Stellrings 8 von der ersten Stellringposition (4) in eine zweite Stellringposition (5). Daraus resultiert wiederum, aufgrund der an dem ersten Stellring 8 und an dem zweiten Stellring 17 ausgebildeten Rampensegmente 21, 21‘, eine axiale Bewegung, nämlich in Richtung der zweiten Längsachse 19, des zweiten Stellrings 17 des Gleitrampenmechanismus 16.
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Eine Rückstellung des ersten Stellrings 8, nämlich von der zweiten Stellringposition (5) in die erste Stellringposition (4), erfolgt durch die im Hubmagneten 2‘ integrierte Rückstellfeder: Ein Rückstellmechanismus der auf dem Entspannen eines am ersten Stellring 8 oder am zweiten Stellring 17 wirkenden Federelements basiert ist ebenso denkbar.
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8 zeigt eine weitere Ausführung des Steuerelements 4, mittels derer eine mehrhübige, unidirektional wirksame Steuerbewegung generiert werden kann. Dabei folgen die Wälzkörper 7 der ersten Steuernutgeometrie 12 mit der Steigung 25, wenn der Anker 3‘ des Hubmagneten 2‘ in eine erste, eingefahrene Ankerposition bewegt wird. Wird der Anker 3‘ des Hubmagneten 2‘ in eine zweite, ausgefahrene Ankerposition bewegt, werden die Wälzkörper 7 über eine Rampe 26 wieder in die Ausgangsposition geführt. Dabei wird keine Verdrehung der Aktuatorwelle 5 eingeleitet. Durch diese Form der ersten Steuernutgeometrie 12 kann die Aktuatorwelle 5 nur in eine Drehrichtung bewegt werden. Somit wird es möglich eine Stellbewegung des ersten Stellrings 8 mit mehreren Einzelhüben des Hubmagneten 2‘ auszuführen, was wiederrum die Leistungsanforderungen an den Hubmagneten 2‘ reduziert und Kosten sowie Baugröße der Linearantriebseinheit 2 positiv beeinflusst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuatoranordnung
- 2
- Linearantriebseinheit
- 2‘
- Hubmagnet
- 3
- Verstellelement
- 3‘
- Anker
- 4
- Steuerelement
- 5
- Aktuatorwelle
- 6
- Steuerkulisse
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Erster Stellring
- 9
- Verzahnung
- 10
- Mitnahmeausnehmung
- 11
- Aufnahmeöffnung
- 12
- Erste Steuernutgeometrie
- 13
- Zweite Steuernutgeometrie
- 14
- Erster Verzahnungsbereich
- 15
- Zweiter Verzahnungsbereich
- 16
- Gleitrampenmechanismus
- 17
- Zweiter Stellring
- 18
- Erste Längsachse (der Linearantriebseinheit)
- 19
- Zweite Längsachse (des Gleitrampenmechanismus)
- 20
- Käfig
- 21, 21‘
- Rampensegment
- 22
- Aktuatorwellen-Gehäuse
- 23
- Hubmagnet-Gehäuse
- 24
- Verbindungspunkte
- 25, 25‘
- Steigung P, P1, P2
- 26
- Rampe
