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Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel und eine Gewindemutter. Ferner betrifft die Erfindung eine Aktuatorvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend einen solchen Gewindetrieb. Insbesondere kann der Gewindetrieb auch für Industrieanwendungen vorgesehen werden.
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Aus der
DE 199 55 410 B4 geht eine Vorrichtung zur aktiven Federung eines Kraftfahrzeugrades an einem Fahrzeugaufbau mit einer lasttragenden Feder, die an einer oberen Stützstelle am Fahrzeugaufbau und einer unteren Stützstelle an einem Radträger abgestützt ist, hervor. Die Vorrichtung umfasst einen parallel zur Feder wirkenden elektrischen Linearantrieb. Dieser kann beispielsweise als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet sein. Die obere Stützstelle der als Schraubenfeder ausgebildeten lasttragenden Feder ist mittels eines rotatorischen Elektroantriebs gegenüber dem Fahrzeugaufbau verstellbar an diesem abgestützt. Der rotatorische Elektroantrieb wird zur Niveauregulierung und Wankstabilisierung des Fahrzeugsaufbaus angesteuert, während der eine Dämpfungsfunktion wahrnehmende elektrische Linearantrieb bei höherfrequenten Hubbewegungen des Radträgers aktiviert wird. Der rotatorische Elektroantrieb treibt einen fest mit der oberen Stützstelle verbundenen Gewindetrieb an.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gewindespindel dahingehend weiterzuentwickeln, dass Reibverluste zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter gesenkt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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Der erfindungsgemäße Gewindetrieb umfasst eine Gewindespindel und eine Gewindemutter, wobei die Gewindemutter relativ drehbar auf der Gewindespindel gelagert ist, und wobei die Gewindemutter durch Eigenrotation oder durch Rotation der Gewindespindel linear entlang der Gewindespindel bewegbar ist, wobei an der Gewindemutter und/oder an der Gewindespindel mindestens ein Piezoelement zur Einleitung einer Schwingung in die Gewindemutter und/oder in die Gewindespindel angeordnet ist, um durch eine Relativbewegung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel eine Haftreibung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel zu reduzieren.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Aktuatorvorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend einen vorstehend genannten Gewindetrieb. Insbesondere ist der Aktuator zur Niveauverstellung oder zur Lenkung einer Hinterachse oder Vorderachse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Mit anderen Worten ist das mindestens eine Piezoelement als Piezoanreger beziehungsweise Piezoaktor ausgebildet und erzeugt beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung, nämlich die Schwingung. Das mindestens eine Piezoelemente ist aus Piezokristallen oder piezoelektrischen Keramiken, also polykristallinen Materialien ausgebildet. Die Schwingung ermöglicht eine Relativbewegung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel. Aufgrund der in die Gewindemutter und/oder in die Gewindespindel eingeleitete Schwingung wird eine Haftreibung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel reduziert. Insbesondere wird die Haftreibung zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel so weit reduziert, dass diese einer Gleitreibung entspricht. Dadurch wird beim Einleiten einer Rotationsbeswegung in die Gewindemutter oder in die Gewindespindel weniger Kraft beziehungsweise weniger Drehmoment benötigt. Dementsprechend können alle im Kraftfluss des Gewindetriebs befindlichen Bauteile kompakter dimensioniert werden.
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Vorzugsweise ist eine Antriebsmaschine zur Rotation der Gewindespindel oder zur Rotation der Gewindemutter mit der Gewindespindel oder mit der Gewindemutter wirkverbunden. Insbesondere ist die Antriebsmaschine als elektrische Maschine ausgebildet und weist einen Rotor sowie eine Stator auf. Unter wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwischen der Antriebsmaschine und der Gewindespindel oder der Gewindemutter weitere Elemente, beispielsweise eine Welle, eine Kette, ein Riemen oder Zahnräder angeordnet sein können.
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Bevorzugt ist das mindestens eine Piezoelement dazu vorgesehen, zumindest unmittelbar vor einer Ansteuerung der Antriebsmaschine angesteuert zu werden. Insbesondere umfasst der Gewindetrieb mehrere Piezoelemente, die mit unterschiedlichen oder identischen Schwingungsfrequenzen generieren. Die Einleitung der Spannung in das Piezoelement erfolgt kurz vor oder zeitgleich mit der Betätigung der Antriebsmaschine.
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Des Weiteren bevorzugt sind das mindestens eine Piezoelement und die Antriebsmaschine mit einer Steuervorrichtung verbunden. Die Steuervorrichtung ist zumindest zur Steuerung und Regelung des mindestens einen Piezoelements in Abhängigkeit der Ansteuerung der Antriebsmaschine vorgesehen.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Gewindespindel oder die Gewindemutter über mindestens ein Lagerelement drehbar an einem Gehäuse gelagert ist. Insbesondere ist das Lagerelement als Wälz- oder Gleitlager ausgebildet und ermöglicht, je nachdem ob es zur Lagerung der Gewindespindel oder der Gewindemutter vorgesehen ist, die Rotation der Gewindespindel oder der Gewindemutter.
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Insbesondere weist die Gewindespindel ein Trapezgewinde auf. Ferner sind auch weitere Gewindearten beziehungsweise Gewindeformen denkbar, die beim Stillstand von Gewindespindel und Gewindemutter eine Haftreibung aufweisen.
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Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der vier Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gewindetriebs nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gewindetriebs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gewindetriebs nach einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 4 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gewindetriebs nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Nach 1 weist ein erfindungsgemäßer Gewindetrieb eine Gewindespindel 1 und eine Gewindemutter 2 auf, wobei die Gewindemutter 2 relativ drehbar auf der Gewindespindel 1 gelagert ist. Die Gewindespindel 1 ist durch Rotation der Gewindemutter 2 linear entlang der Gewindemutter 2 bewegbar. Zur Rotation der Gewindemutter 2 ist eine elektrische Antriebsmaschine 4 mit der Gewindemutter 2 wirkverbunden. Die Gewindemutter 2 ist über zwei Lagerelemente 6 drehbar an einem Gehäuse 7 gelagert. Ferner ist an der Gewindemutter 2 ein Piezoelement 3 zur Einleitung einer Schwingung in die Gewindemutter 2 angeordnet. Das Piezoelement 3 und die Antriebsmaschine 4 sind mit einer Steuervorrichtung 5 verbunden. Die Einleitung der Schwingung mittels Piezoelement 3 in die Gewindemutter 2 generiert eine Relativbewegung zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1, durch welche eine Haftreibung zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1 reduziert wird. Das Piezoelement 3 wird während oder zumindest unmittelbar vor einer Ansteuerung der Antriebsmaschine 4 angesteuert, um einen zum Drehen der Gewindemutter 2 notwendigen Ansteuerstrom zu senken.
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Der erfindungsgemäße Gewindetrieb gemäß 2 ist mit Ausnahme eines weiteren Piezoelements 3, das an der Gewindespindel 1 angeordnet ist, identisch zu dem Gewindetrieb gemäß 1, worauf an dieser Stelleverwiesen wird. Ebenso wie das Piezoelement 3 an der Gewindemutter 2 ist auch das Piezoelement 3 an der Gewindespindel 1 mit der Steuervorrichtung 5 verbunden und dazu vorgesehen, unmittelbar vor einer Ansteuerung der Antriebsmaschine 4 angesteuert zu werden, um einen zum Drehen der Gewindemutter 2 notwendigen Ansteuerstrom zu senken.
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Gemäß 3 weist ein erfindungsgemäßer Gewindetrieb eine Gewindespindel 1 und eine Gewindemutter 2 auf, wobei die Gewindemutter 2 relativ drehbar auf der Gewindespindel 1 gelagert ist. Die Gewindemutter 2 ist durch Rotation der Gewindespindel 1 linear entlang der Gewindespindel 1 bewegbar. Zur Rotation der Gewindespindel 1 ist eine elektrische Antriebsmaschine 4 mit der Gewindespindel 1 wirkverbunden. Die Gewindespindel 1 ist über zwei Lagerelemente 6 drehbar an einem Gehäuse 7 gelagert. Ferner ist an der Gewindespindel 1 ein Piezoelement 3 zur Einleitung einer Schwingung in die Gewindespindel 1 angeordnet. Das Piezoelement 3 und die Antriebsmaschine 4 sind mit einer Steuervorrichtung 5 verbunden. Die Einleitung der Schwingung mittels Piezoelement 3 in die Gewindespindel 1 generiert eine Relativbewegung zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1, durch welche eine Haftreibung zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1 reduziert wird. Das Piezoelement 3 wird unmittelbar vor einer Ansteuerung der Antriebsmaschine 4 angesteuert, um einen zum Drehen der Gewindespindel 1 notwendigen Ansteuerstrom zu senken.
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Der erfindungsgemäße Gewindetrieb gemäß 4 ist mit Ausnahme eines weiteren Piezoelements 3, das an der Gewindemutter 2 angeordnet ist, identisch zu dem Gewindetrieb gemäß 3, worauf an dieser Stelleverwiesen wird. Ebenso wie das Piezoelement 3 an der Gewindespindel 1 ist auch das Piezoelement 3 an der Gewindemutter 2 mit der Steuervorrichtung 5 verbunden und dazu vorgesehen unmittelbar, vor einer Ansteuerung der Antriebsmaschine 4 angesteuert zu werden, um einen zum Drehen der Gewindespindel 1 notwendigen Ansteuerstrom zu senken.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können weitere Piezoelemente 3 an der Gewindespindel 1 und/oder an der Gewindemutter 2 vorgesehen werden. Ferner können weitere Lagerelemente an der Gewindespindel 1 und/oder an der Gewindemutter 2 vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindespindel
- 2
- Gewindemutter
- 3
- Piezoelement
- 4
- Antriebsmaschine
- 5
- Steuervorrichtung
- 6
- Lagerelement
- 7
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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