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Die Erfindung betrifft einen Aktor zum Betätigen zumindest einer Schalteinrichtung, vorzugsweise einer Kupplung oder einer Bremse, eines Kraftfahrzeuges, mit einem Elektromotor und einem mit dem Elektromotor wirkverbundenen Getriebe, wobei das Getriebe einen drehfest mit einem Rotor des Elektromotors gekoppelten Planetenträger, mehrere an dem Planetenträger aufgenommene Planetenrollen, ein mit einem ersten Zahnungsbereich der Planetenrollen in Eingriff befindliches, axial über ein Wälzlager abgestütztes Hohlrad und eine mit einem zweiten Zahnungsbereich der Planetenrollen in Eingriff befindliche Spindelwelle aufweist, sodass eine durch den Elektromotor initiierte Drehbewegung der Planetenrollen eine Verschiebebewegung der Spindelwelle entlang ihrer Längsachse hervorruft.
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Gattungsgemäße Aktoren, die vorzugsweise als mechanische Kupplungsaktoren (MCA) ausgebildet sind, sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Bspw. offenbart die
DE 10 2017 113 628 A1 eine Aktuatoreinrichtung, bei der zwei Trägerbauteile durch ein Ringelement miteinander gekoppelt sind. Weiterer Stand der Technik ist durch die
DE 10 2017 130 833 B3 bekannt, bei der eine formschlüssige Verbindung zwischen einem Lagerinnenring und einer Hülse besteht.
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Ein weiterer aus dem Stand der Technik bekannter Aktor 1' ist mit 8 gezeigt. Anhand dieser Darstellung ist ein grundlegender Nachteil bekannter Aktoren zu erkennen. Es ist möglich, dass an dem vorhandenen Hohlrad 9' Kippkräfte angreifen können, die dazu führen, dass das Wälzlager 8', das das Hohlrad 9' abstützt, ebenfalls verkippt bzw. über den Umfang hinweg ungleichmäßig belastet wird. Dies führt wiederum zu einem ungleichmäßigen Anpressen der Wälzkörper 13' des Wälzlagers 8' an den Wälzbahnen des Hohlrades 9' bzw. des das Hohlrad 9' abstützenden Gegenstücks 18'. Dadurch kommt es zu einem erhöhten Verschleiß der Wälzkörper 13' und der Wälzbahnen. Verstärkt wird dieser Verschleiß zusätzlich dadurch, dass die Bestandteile des Aktors 1' im Betrieb üblicherweise von einer Bremsflüssigkeit umspült werden, die eine relativ große Menge Metallpartikel umfassen kann. Dies kann unter Umständen gar zu einem vorzeitigen Ausfall des Aktors 1' führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Aktor mit einer verschleißfesteren Mechanik zur Verfügung zu stellen, wobei zugleich der Montageaufwand nicht nachteilig beeinflusst oder gar verbessert wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Wälzlager als ein Nadellager ausgebildet ist.
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Durch ein Nadellager lässt sich der bisher vorhandene Punktkontakt der Wälzkörper zu dem Hohlrad und dem Gegenstück hin durch einen Linienkontakt ersetzen. Dadurch wird eine deutlich robustere sowie verkippsichere Abstützung des Hohlrades geschaffen.
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Weiterführende vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es des Weiteren von Vorteil, wenn das Wälzlager als ein Schrägnadellager ausgebildet ist. Dadurch ist das Wälzlager nicht nur als Axial-, sondern auch als Radiallager ausgebildet. Somit wird der Aufbau weiter vereinfacht.
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In diesem Zusammenhang hat es sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Nadeln des Wälzlagers jeweils mit ihrer Wälzachse mit einem Anstellwinkel von kleiner als 45°, weiter bevorzugt von kleiner als 30°, besonders bevorzugt zwischen 5° und 30°, relativ zu der Längsachse der Spindelwelle schräg gestellt / angestellt sind. Dadurch wird die Schrägstellung der Nadeln möglichst klein, sodass der Schlupf an den Wälzkörpern reduziert wird und dennoch eine ausreichend robuste Abstützung des Hohlrades gegenüber Verkippen gegeben ist.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Wälzlager einen Lagerkranz mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Nadeln sowie mit einem diese Nadeln in einer zueinander beabstandeten Position haltenden Käfig aufweist. Dadurch wird vermieden, dass die Nadeln im Betrieb direkt aneinander anliegen. Somit werden der Verschleiß und die Reibverluste weiter reduziert.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn ein erster Lagerringbereich des Wälzlagers unmittelbar durch einen mit dem Planetenträger verbundenen Hülsenkörper, d. h. stoffeinteilig mit diesem Hülsenkörper, ausgeformt ist.
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Diesbezüglich ist es auch von Vorteil, wenn ein zweiter Lagerringbereich des Wälzlagers unmittelbar durch das Hohlrad ausgeformt / stoffeinteilig mit dem Hohlrad ausgebildet ist.
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Der erste Lagerringbereich ist vorzugsweise ein radialer Außenring und der zweite Lagerringbereich ein radialer Innenring.
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Hinsichtlich der Länge der Nadeln ist es zudem zweckmäßig, wenn die Nadeln des Wälzlagers jeweils eine Länge aufweisen, die weniger als das Vierfache, weiter bevorzugt weniger als das Dreifache ihres Durchmessers (Maximaldurchmessers) beträgt. Dadurch wird das Wälzlager noch verschleißärmer ausgeführt.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die jeweilige Nadel des Wälzlagers zu zumindest einem, vorzugsweise zu beiden Endbereich(-en) hin, unter Ausbildung einer Durchmesserverkleinerung, profiliert ist. Dadurch wird das Verschleißverhalten weiter verbessert.
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Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn die Durchmesserverkleinerung derart ausgebildet ist, dass der jeweilige Endbereich zwischen einem Zylinderbereich (/ Außenmantelbereich) und einer Stirnseite der jeweiligen Nadel mit einem abfallenden Profil versehen ist, vorzugsweise konusförmig ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein Nadelkranz (/ Nadellager) anstatt eines Kugellagers für ein Hohlrad eines MCA eingesetzt. Um Metallabrieb zu vermeiden, wird vorgeschlagen, das Nadellager zwischen dem Hohlrad und einer Hülse (Rotorträger) einzusetzen. Das Nadellager / die Nadeln sollen schräg (/ konisch) angestellt sein. Die Nadeln können in einem Käfig geführt sein. Die Länge des Lagers / der Nadeln und der Winkel der Schrägstellung sollen möglichst gering sein.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Aktors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, mit der der prinzipielle Aufbau des Aktors übersichtlich zu erkennen ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung des in Längsrichtung geschnittenen Aktors nach 1 in einem Bereich eines Hohlrades und eines mehrere Planetenrollen aufnehmenden Planetenträgers, wobei ein Bestandteil eines Hülsenkörpers transparent dargestellt ist, sodass ein das Hohlrad axial abstützendes Wälzlager in seiner Ausbildung gut zu erkennen ist,
- 3 eine perspektivische Darstellung des in Längsrichtung geschnittenen Aktors, ähnlich zu 2,
- 4 eine perspektivische Ansicht einer in Längsrichtung geschnittenen Anordnung aufweisend das Hohlrad, das Wälzlager und einen dem Planetenträger zugeordneten Hülsenkörper,
- 5 eine perspektivische Darstellung des in den 1 bis 4 eingesetzten Wälzlagers in Vollansicht,
- 6 eine detaillierte Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Aktors im Bereich des Wälzlagers, wobei verschiedene Parameter zur Kennzeichnung der Lage und Größe der Nadeln des Wälzlagers eingezeichnet sind,
- 7 eine Detailansicht eines Endbereiches einer der das Wälzlager ausbildenden Nadeln zum Veranschaulichen einer endseitigen Profilierung, sowie 8 eine Längsschnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Aktors.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 1 ist ein Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Aktors 1 dargestellt, sodass dessen prinzipieller Aufbau ersichtlich ist. Der Aktor 1 ist in einem bevorzugten Einsatzbereich als ein Kupplungsaktor (MCA / Mechanischer Kupplungsaktor) eingesetzt; in weiteren Ausführungen ist er alternativ als Bremsenaktor eingesetzt.
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Der Aktor 1 weist einen in 1 schematisch dargestellten Elektromotor 2 auf. Der Elektromotor 2 weist weiter einen gehäusefesten Stator 24 sowie einen radial innerhalb des Stators 24 angeordneten, relativ zu dem Stator 24 verdrehbar gelagerten Rotor 4 auf. Der Elektromotor 2 ist mit einem Getriebe 3 gekoppelt. Das Getriebe 3 ist als Spindelgetriebe / Spindeltrieb (alternativ Planetenwälzgetriebe) ausgebildet. Durch das Getriebe 3 wird eine rotatorische Bewegung des Rotors 4 in eine axiale Verstellbewegung einer Spindelwelle 11 gewandelt, um durch die Spindelwelle 11 ein hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestelltes Stellglied zum Betätigen der Kupplung oder der Bremse zu bewegen.
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Das Getriebe 3 ist als ein Planetenwälzgetriebe umgesetzt. Das Getriebe 3 weist demnach einen Planetenträger 5 auf, der drehfest mit dem Rotor 4 verbunden ist. An dem Planetenträger 5 sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Planetenrollen 6 aufgenommen / gelagert. Jede Planetenrolle 6 weist einen ersten Zahnungsbereich 7 auf, der sich in Eingriff mit einem Hohlrad 9 befindet. Ein axial versetzt zu dem ersten Zahnungsbereich 7 ausgebildeter zweiter Zahnungsbereich 10 der Planetenrolle 6 befindet sich in Eingriff mit der Spindelwelle 11 / einem Außengewinde der Spindelwelle 11. Die beiden Zahnungsbereiche 7, 10 sind jeweils durch eine Rillenkontur gebildet, die mehrere parallel nebeneinander umlaufende Rillen (ohne Steigung) im Sinne einer Zahnstange aufweist. Die beiden Zahnungsbereiche 7, 10 unterscheiden sich im Durchmesser. Der erste Zahnungsbereich 7 weist einen kleineren Durchmesser auf als der zweite Zahnungsbereich 10.
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Somit kommt es bei einem Verdrehen des Rotors 4 zu einem Verdrehen des Planetenträgers 5 und damit zu einem relativen Verdrehen der Planetenrollen 6 zur Spindelwelle 11, wodurch die Spindelwelle 11 entlang ihrer Längsachse 12 verschoben wird.
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Zur Lagerung des Hohlrades 9 ist erfindungsgemäß, wie auch besonders gut in Verbindung mit den 2 bis 6 (der Übersichtlichkeit halber ohne Elektromotor 2 dargestellt) zu erkennen, ein als Nadellager ausgebildetes Wälzlager 8 eingesetzt. Insbesondere ist das Wälzlager 8 als ein Schrägnadellager realisiert. Das Wälzlager 8 ist ein käfiggeführtes Lager, weswegen mehrere in Umfangsrichtung verteilte Nadeln 13 des Wälzlagers 8 über einen Käfig 16 beabstandet zueinander geführt / abgestützt sind. Der somit durch den Käfig 16 und die Nadeln 13 gebildete Lagerkranz / Nadelkranz ist mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Ein erster Lagerringbereich 17 in Form eines radialen Außenringes / Lageraußenringes des Wälzlagers 8 ist unmittelbar durch einen Hülsenkörper 18, der weiter mit dem Planetenträger 5 verbunden ist, ausgebildet. Ein zweiter Lagerringbereich 19 in Form eines radialen Innenrings / Lagerinnenrings des Wälzlagers 8 ist unmittelbar durch eine radiale Außenseite des Hohlrades 9 ausgebildet. Sowohl der erste Lagerringbereich 17 als auch der zweite Lagerringbereich 19 sind konisch ausgebildet, d.h. bilden eine konische Wälzbahn für die Nadeln 13.
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Wie dann näher mit 6 gezeigt, ist ein Anstellwinkel, der zwischen der Längsachse 12 der Spindelwelle 11 und einer Wälzachse 14 / Längsachse der Nadel 13 eingeschlossen ist, mit α gekennzeichnet. Dieser Anstellwinkel α beträgt erfindungsgemäß weniger als 45°, nämlich weniger als 30°, hier zwischen 15° bis 28°.
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Die Länge L der Nadel 13 beträgt vorzugsweise weniger als das Dreifache ihres Durchmessers d. Der Durchmesser d ist jener Außendurchmesser, der in einer Mitte (in Längsrichtung) der Nadel 13 gemessen ist und folglich den Durchmesser eines Zylinderbereiches 22 der Nadel 13 darstellt.
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Des Weiteren ist mit den 6 und 7 ersichtlich, dass jede Nadel 13 des Wälzlagers 8 zu ihrem Endbereich 20a, 20b mit einer Durchmesserverkleinerung 21 profiliert ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass selbst wenn in 7 lediglich der erste Endbereich 20a dargestellt ist, bevorzugt auch der zweite Endbereich 20b, der dem ersten Endbereich 20a entgegengesetzt ist, auf diese Weise profiliert ist. Somit ist zwischen dem sich zylinderförmig verlaufenden Mantelbereich / Zylinderbereich 22 der Nadel 13 und einer jeweiligen axialen Stirnseite 23a, 23b der Nadel 13 ein einen konusförmigen Übergangsbereich bildender Endbereich 20a, 20b umgesetzt. Zwischen der Stirnseite 23a, 23b und dem Konus ist zudem ein Radius R vorgesehen.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das Hohlrad 9 durch Nadeln 13 unter Axiallast sicher und stabil zentriert. Die Laufbahn (Lagerringbereiche 17, 19) der Nadeln 13 ist konisch. Der Winkel α dieses Konus ist klein und die Nadel 13 ist kurz zu halten, um den Schlupf durch den Geschwindigkeitsunterschied an der Nadel 13 klein zu halten (weniger Reibung am Kontaktpunkt). Mit dem Einsatz von endprofilierten Nadeln 13 wird die Reibung am Kontaktpunkt weiter verringert. Die Nadeln 13 (NRB) sind in einem Käfig 16 vormontiert, um das System montagefreundlicher zu machen. Mit dem Einsatz des Käfigs 16 kommt es zu keinem Kontakt zwischen den Rollelementen 13 der Lagerung 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktor
- 2
- Elektromotor
- 3
- Getriebe
- 4
- Rotor
- 5
- Planetenträger
- 6
- Planetenrolle
- 7
- erster Zahnungsbereich
- 8
- Wälzlager
- 9
- Hohlrad
- 10
- zweiter Zahnungsbereich
- 11
- Spindelwelle
- 12
- Längsachse
- 13
- Nadel
- 14
- Wälzachse
- 15
- Lagerkranz
- 16
- Käfig
- 17
- erster Lagerringbereich
- 18
- Hülsenkörper
- 19
- zweiter Lagerringbereich
- 20a
- erster Endbereich
- 20b
- zweiter Endbereich
- 21
- Durchmesserverkleinerung
- 22
- Zylinderbereich
- 23a
- erste Stirnseite
- 23b
- zweite Stirnseite
- 24
- Stator
- α
- Anstellwinkel
- L
- Länge
- d
- Durchmesser
- R
- Radius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017113628 A1 [0002]
- DE 102017130833 B3 [0002]
