WO2015081950A2 - Aktuator mit einem eine drehbewegung in eine lineare bewegung umwandelnden getriebe - Google Patents

Aktuator mit einem eine drehbewegung in eine lineare bewegung umwandelnden getriebe Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an actuator with a rotational movement in a linear motion converting gear according to the preamble of the first claim.
  • Linear actuators are known to consist of an electric motor E with switched after transmission, which converts a rotary motion into a linear movement.
  • suitable transmissions are, for example, planetary roller screws PWG, ball screws and RGT for converting the rotational movement of the electric motor shaft into a linear movement for actuation of the element to be actuated, for example a clutch of a vehicle.
  • the input torque of the motor shaft must be supported, otherwise the gear would spin under load with axial force to the drive shaft L without performing a linear movement.
  • planetary roller threaded spindles also referred to as Planetenxxlzgewindsspindeltriebe
  • a planetary roller screw drive is known which is contained in a hydrostatic actuator in the form of a hydrostatic clutch actuator in order to convert a rotational movement generated by means of an electric motor into an axial movement.
  • a Planetenskylzgewindetrieb with a threaded spindle, and arranged with a threaded spindle on the nut, and with a plurality of circumferentially distributed, between the threaded spindle and the nut arranged planetary, which are arranged abradably on the inner circumference of the nut and on the outer circumference of the threaded spindle, from Publication DE 10 2010 01 1 820 A1.
  • a biasing means for the planet is provided, wherein the nut has two mutually axially movable male parts, and wherein the biasing means comprises a sprung against the one female part spring element.
  • the nut takes on two functions: on the one hand, it is gear part and on the other hand, it is part of the pretensioner.
  • the known systems have linear actuators with over the actuating travel constant rotating / linear translation for actuating a lever over which a clutch can be opened or closed.
  • An adaptation of the internal actuator ratio of the characteristic of the element to be actuated (eg clutch) is not possible whereby the available installed actuator performance is not optimally utilized and, for example, actuation speed disadvantages are recorded.
  • the object of the present invention is to develop an actuator with a rotational movement in a linear motion transforming transmission, which allows a variability of the translation and thus an adjustment possibility of the internal
  • Actuator ensures the characteristic of the element to be actuated.
  • the actuator is known to have a rotational movement in a linear motion converting gear and is used in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, the transmission according to the invention having an axially displaceable first element with at least one first guide element, which with a second guide element of a sleeve a torque support corresponds, such that the first and the second guide element engage and wherein the second guide element of the sleeve extends at least partially in the manner of a spiral about the drive axis L of the transmission, such that a slope of the transmission is superimposed on a slope of the second guide element ,
  • the first guide element is formed in the manner of at least one radially outwardly pointing extension and the second guide element is introduced in the manner of a helical guide groove on the inner diameter of the sleeve, such that the extension is engageable in the guide and displaceable in an axial movement in the guide groove ,
  • the slope of the guide groove over the actuating travel can be made variable or non-variable and extend, for example, multi-level variable or fully variable.
  • the configuration of the guide groove as a combination of spiral shape and straight line can be realized, wherein the spiral pitch at least partially in the same direction to the transmission slope (sum thread) and / or at least partially opposite to the gear slope (differential thread).
  • the actuator can be used to a non-linear actuation characteristic, whereby an optimized use of the available installed motor power of the actuator is made possible.
  • an actuating element eg a piston and / or a lever
  • the sleeve which has the guide groove at its inner diameter, is fixed to the frame formed on an actuator housing, which in turn is fixed to the frame fixed to a motor housing of an electric motor.
  • a linear actuator which converts the rotational movement introduced via the rotor of the electric motor into an axial movement, wherein the torque support of the gear used for this takes place in an at least partially non-gear axis-parallel positive guide / guide groove and thus the overall pitch of the actuator over its Actuating path varies and can be adapted to the characteristic of the element to be actuated to eg to minimize the size of the electric motor or to increase the actuating dynamics.
  • an actuator is shown in longitudinal section, which here has a transmission in the manner of a Planetenxxlzgewindespindel (PWG), with which the rotational movement generated by an electric motor E is converted into an axial stroke movement, by which an actuating element in the form of a piston 1 disengaged and thereby a clutch, not shown, can be actuated.
  • the gear in the form of Planetenskylzgewindespindel PWG has a spindle 2 with an external thread 2.1 with a slope which is rotatably connected to an unspecified rotor of the drive (here E-motor E) and driven with the drive about a drive axis L.
  • the spindle 2 is engaged by a plurality of planetary rollers 3, which mesh with a ring gear 4 which surrounds the planetary rollers 3 and has grooves in the circumferential direction.
  • the planetary rollers 3 are rotatably received at both ends in a respective planetary roller carrier 5, wherein the two planetary roller carrier 5 are rotatably supported in the sleeve A.
  • each planetary roller carrier 5 is received in an end radially inwardly facing portion A1 of the first sleeve A, which is divided into two halves, which have a radially outwardly facing collar 6 and rotatably against each other via a bracket 7 (preferably made of sheet metal) and axially fixed to each other.
  • the first sleeve A sits non-rotatably and axially fixed in a second sleeve B, which is surrounded by a third sleeve C, wherein the third sleeve C is formed on an actuator 8, which is connected to the motor housing 9 fixed to the frame.
  • the second sleeve B has at its outer diameter a radially outwardly facing first guide element in the manner of a radially outwardly pointing extension B1 and the second guide element is introduced in the manner of a spiral guide 8.1 on the inner diameter of the third sleeve C, such that the extension B1 engages in the guide groove 8.1 and is displaceable in an axial movement of the second sleeve B with this in the guide groove 8.1 and performs a movement about the drive axis L, according to the slope of the guide 8.1.
  • the housing 8 is fastened to the motor housing 9 of the electric motor E in a frame-fixed manner via a flange region 8.2 pointing radially outwards.
  • the second sleeve B extends with the region having the extension B1, only one half of the first sleeve A and then has a radially inwardly facing shoulder B2, on which the first sleeve A axially abuts inside.
  • a tubular region B3 adjoins the shoulder B2, which surrounds the spindle 2 and on which the actuating element in the form of a piston 1 is fastened.
  • the ring gear 4 transmits via one of the two thrust bearings 10 of the PWG, which ensure the internal PWG force transmission, the axial forces from the planetary rollers 3 by means of positive fit in the sleeve A.
  • the first sleeve A transmits the axial forces and the Axialhub on the second sleeve B to the element to be actuated (here the piston 1) on a receiving part 1 1 at the through a central opening 8.3 of the housing 8 outwardly facing end of the second Sleeve B is attached.
  • the motor housing 9 has the stator 9.1, the required non-designated electronics and interfaces to the outside (plug 12, electronic assembly 13, etc.). Furthermore, with the motor housing 9, the housing 8 is coupled fixed to the frame, in which on the inner profiling in the form of one (or more) guide grooves 8.1 Drehabstützung

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelnden Getriebe, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei das Getriebe erfindungsgemäß an wenigstens einem axial beweglichen Element wenigstens ein erstes Führungselement aufweist, welches mit einem zweiten Führungselement einer Hülse mit einer Drehmomentabstützung korrespondiert, derart, dass das erste und das zweite Führungselement ineinandergreifen und wobei das zweite Führungselement der Hülse zumindest bereichsweise spiralförmig um die Antriebsachse des Getriebes verläuft, derart, dass der Getriebesteigung die Steigung des zweiten Führungselementes überlagert wird.

Description

Aktuator mit einem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelnden
Getriebe
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelnden Getriebe nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Linearaktuatoren bestehen bekannter Weise aus einem Elektromotor E mit nach geschaltetem Getriebe, welches eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt. Dafür geeignete Getriebe sind beispielsweise Planetenwälzgewindespindeln PWG, Kugelgewindetriebe und RGT zur Umwandlung der Drehbewegung der Elektromotorwelle in eine Linearbewegung zur Aktuierung des zu betätigenden Elements, beispielsweise einer Kupplung eines Fahrzeuges. Damit ein solches Getriebe Leistung übertragen kann, muss das Eingangsdrehmoment der Motorwelle abgestützt werden, ansonsten würde das Getriebe bei Belastung mit Axialkraft um die Antriebsachse L durchdrehen ohne eine Linearbewegung auszuführen.
Bekannte geeignete Planetenwälzgewindespindeln (PWG) (auch bezeichnet als Planeten- wälzgewindespindeltriebe) sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in DD 0277308 A5 beschrieben. Aus der Druckschrift DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise ein Planetenwälzgewindetrieb bekannt, der in einem Hydrostataktuator in Form eines hydrostatischer Kupplungsaktuators enthalten ist, um eine mittels eines Elektromotors erzeugte Drehbewegung in eine Axialbewegung umzuwandeln. Ein Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel, und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter, und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planeten, die am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind, ist aus der Druckschrift DE 10 2010 01 1 820 A1 bekannt. Bei dieser Lösung ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen, wobei die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und wobei die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefedertes Federelement aufweist. Die Mutter übernimmt zwei Funktionen: einerseits ist sie Getriebeteil und andererseits ist sie Teil der Vorspanneinrichtung.
Die bekannten Systeme weisen Linearaktuatoren mit über den Betätigungsweg konstanter rotierender/linearer Übersetzung zur Betätigung eines Hebels auf, über welchen eine Kupplung geöffnet oder geschlossen werden kann. Eine Anpassung der internen Aktuatorübersetzung an die Kennlinie des zu betätigenden Elements (z.B. Kupplung) ist nicht möglich wodurch die zur Verfügung stehende installierte Aktuatorleistung nicht optimal ausgenutzt wird und z.B. Betätigungs-Geschwindigkeitsnachteile zu verzeichnen sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktuator mit einem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelnden Getriebe zu entwickeln, der eine Variabilität der Übersetzung ermöglicht und damit eine Anpassungsmöglichkeit der internen
Aktuatorübersetzung an die Kennlinie des zu betätigenden Elements gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Aktuator weist bekannterweise ein eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelndes Getriebe auf und wird insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt, wobei das Getriebe erfindungsgemäß ein axial verschiebbares erstes Element mit wenigstens einem ersten Führungselement aufweist, welches mit einem zweiten Führungselement einer Hülse mit einer Drehmomentabstützung korrespondiert, derart, dass das erste und das zweite Führungselement ineinandergreifen und wobei das zweite Führungselement der Hülse zumindest bereichsweise in der Art einer Spirale um die Antriebsachse L des Getriebes verläuft, derart, dass einer Steigung des Getriebes eine Steigung des zweiten Führungselementes überlagert wird.
Somit sind in Abhängigkeit von der Steigung der Spirale in der Art eines Differenz- bzw.
Summengewindes unterschiedliche Betätigungskräfte realisierbar, wodurch die konstante Gesamtsteigung des Aktuators abweichend von der Getriebesteigung veränderbar ist. Dadurch ist es erstmalig möglich, die konstante Gesamtsteigung des Aktuators abweichend von der Getriebesteigung an die Erfordernisse der Betätigung anzupassen.
Das erste Führungselement ist dabei in der Art wenigstens eines radial nach außen weisenden Fortsatzes ausgebildet und das zweite Führungselement in der Art einer spiralförmigen Führungsnut am Innendurchmesser der Hülse eingebracht, derart, dass der Fortsatz in die Führungsnut eingreifbar und bei einer Axialbewegung in der Führungsnut verschiebbar ist.
Die Steigung der Führungsnut über den Betätigungsweg kann variabel oder nicht variabel ausgeführt sein und beispielsweise mehrstufig variabel oder vollvariabel verlaufen.
Weiterhin kann die Ausgestaltung der Führungsnut als Kombination von Spiralform und Gerade (Spiralsteigung unendlich) realisiert werden, wobei die Spiralsteigung zumindest abschnittsweise gleichsinnig zur Getriebesteigung (Summengewinde) und/oder zumindest abschnittsweise gegensinnig zur Getriebesteigung (Differenzgewinde) verläuft.
Dadurch ist eine weitere Optimierung des Aktuators an eine nicht-lineare Betätigungs- Kennlinie genutzt realisierbar, wodurch eine optimierte Nutzung der zur Verfügung stehenden installierten Motorleistung des Aktuators ermöglicht wird. Vorteilhafterweise ist mit dem axial verschiebbaren Element über ein Betätigungselement (z.B. einen Kolben und/oder einen Hebel) die Kupplung des Fahrzeuges betätigbar, wobei die Aktuatorübersetzung nun der Kennlinie der Kupplung angepasst ist.
Die Hülse, welche die Führungsnut an ihrem Innendurchmesser aufweist, ist gestellfest an einem Aktuatorgehäuse ausgebildet, welches wiederum gestellfest an einem Motorgehäuse eines E-Motors befestigt ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Linearaktuator geschaffen, der die über den Rotor des Elektromotors eingebrachte Drehbewegung in eine axiale Bewegung umwandelt, wobei die Drehmomentabstützung des dafür verwendeten Getriebes in einer zumindest abschnittweise nicht getriebeachsparallelen formschlüssigen Führung/Führungsnut erfolgt und somit die Gesamtsteigung des Aktuators über seinen Betätigungsweg variiert und an die Kennlinie des zu betätigenden Elements angepasst werden kann um z.B. die Elektromotor- Baugröße zu minimieren oder die Betätigungsdynamik zu erhöhen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung (Figur 1 ) näher erläutert, wobei in der Zeichnung der Längsschnitt des Aktuators dargestellt ist.
In Figur 1 ist ein Aktuator im Längsschnitt dargestellt, der hier ein Getriebe in der Art einer Planetenwälzgewindespindel (PWG) aufweist, mit welcher die durch eine Elektromotor E erzeugte Drehbewegung in eine axiale Hubbewegung umgewandelt wird, durch welche ein Betätigungselement in Form eines Kolbens 1 ausrückbar und dadurch eine nicht dargestellte Kupplung betätigbar ist. Das Getriebe in Form der Planetenwälzgewindespindel PWG weist eine Spindel 2 mit einem Außengewinde 2.1 mit einer Steigung auf, die mit einem nicht bezeichneten Rotor des Antriebes (hier E-Motor E) drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Antriebsachse L antreibbar ist. Mit der Spindel 2 stehen mehrere Planetenrollen 3 in Eingriff, die mit einem die Planetenrollen 3 umringenden Hohlrad 4, das Rillen in Umfangsrich- tung aufweist, kämmen. Die Planetenrollen 3 sind an beiden Enden in jeweils einem Planetenrollenträger 5 drehbar aufgenommen, wobei die beiden Planetenrollenträger 5 drehfest in der Hülse A abgestützt sind. Dazu wird jeder Planetenrollenträger 5 in einem endseitig radial nach innen weisenden Bereich A1 der ersten Hülse A aufgenommen, die in zwei Hälften unterteilt ist, welche einen radial nach außen weisenden Bund 6 aufweisen und an diesem über eine Klammer 7 (bevorzugt aus Blech) miteinander drehfest und axial fest miteinander verbunden sind. Die erste Hülse A sitzt drehfest und axial fest in einer zweiten Hülse B, die von einer dritten Hülse C umringt wird, wobei die dritte Hülse C an einem Aktuatorgehäuse 8 ausgebildet ist, welches mit dem Motorgehäuse 9 gestellfest verbunden ist. Die zweite Hülse B weist dabei an ihrem Außendurchmesser ein radial nach außen weisendes erstes Führungselement in der Art eines radial nach außen weisenden Fortsatzes B1 auf und das zweite Führungselement ist in der Art einer spiralförmigen Führungsnut 8.1 am Innendurchmesser der dritten Hülse C eingebracht, derart, dass der Fortsatz B1 in die Führungsnut 8.1 eingreift und bei einer Axialbewegung der zweiten Hülse B mit dieser in der Führungsnut 8.1 verschiebbar ist und eine Bewegung um die Antriebsachse L vollführt, entsprechend der Steigung der Führungsnut 8.1 . Das Gehäuse 8 wird über einen radial nach außen weisenden Flanschbereich 8.2 an dem Motorgehäuse 9 des Elektromotors E gestellfest befestigt.
Die zweite Hülse B erstreckt sich mit dem Bereich, der den Fortsatz B1 aufweist, nur über eine Hälfte der ersten Hülse A und weist dann einen radial nach innen weisenden Absatz B2 auf, an dem die erste Hülse A innen axial anschlägt. Radial innen schließt sich an den Absatz B2 ein rohrförmiger Bereich B3 an, der die Spindel 2 umringt und an dem das Betätigungselement in Form eines Kolbens 1 befestigt ist.
Das Hohlrad 4 überträgt über je eines der beiden Axiallager 10 des PWG, die die interne PWG-Kraftweiterleitung gewährleisten, die Axialkräfte aus den Planetenrollen 3 mittels Form- schluss in die Hülse A.
Die erste Hülse A leitet die Axialkräfte und den Axialhub über die zweite Hülse B an das zu betätigende Element (hier der Kolben 1 ) weiter, der über ein Aufnahmeteil 1 1 an dem durch eine zentrische Öffnung 8.3 des Gehäuses 8 nach außen weisenden Ende der zweiten Hülse B befestigt ist.
Das Motorgehäuse 9 weist den Stator 9.1 , die erforderliche nicht bezeichnete Elektronik und Schnittstellen nach außen (Stecker 12, Elektronikbaugruppe13 etc.) auf. Weiterhin ist mit dem Motorgehäuse 9 das Gehäuse 8 gestellfest gekoppelt, in dem über die Innenprofilierung in Form einer (oder mehrerer) Führungsnuten 8.1 die Drehabstützung
(Drehmomentenabstützung) des Planetenrollenträgers 5 indirekt über die erste Hülse A und die zweite Hülse B realisiert wird und durch die schraubenförmige Gestaltung der Führungsnut 8.1 der Steigung des Getriebes, hier in Form der Steigung des Außengewindes 2.1 der Spindel 2 die Steigung des zweiten Führungselementes, hier eine Steigung der Führungsnut 8.1 überlagert wird.
Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit von der Steigung in der Art eines Summiergetriebes unterschiedliche Betätigungskräfte zu realisieren. Diese Anordnung ist generell für alle linearen Antriebe der oben genannten Art anwendbar, die eine Drehbewegung in eine Axialbewegung umwandeln. Bezugszeichenliste
1 Kolben
Spindel
2.1 Außengewinde
3 Planetenrollen
4 Hohlrad
5 Planetenrollen träger
6 Bund
7 Klammer
8 Gehäuse
8.1 Führungsnut
8.2 Flanschbereich
8.3 Öffnung
9 Motorgehäuse
9.1 Stator
10 Axiallager
1 1 Aufnahmeteil
12 Stecker
13 Elektronikbaugruppe
A erste Hülse
A1 radial nach innen weisender Bereich
B zweite Hülse
B1 Fortsatz
B2 Absatz
B3 rohrförmiger Bereich
C dritte Hülse
E Elektromotor
F Kraftfluss
L Antriebsachse
PWG Planetenwälzgewindespindel

Claims

Patentansprüche
1 . Aktuator mit einem eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelnden Getriebe, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe an wenigstens einem axial beweglichen Element wenigstens ein erstes Führungselement aufweist, welches mit einem zweiten Führungselement einer Hülse mit einer Drehmomentabstützung korrespondiert, derart, dass das erste und das zweite Führungselement ineinandergreifen und wobei das zweite Führungselement der Hülse zumindest bereichsweise spiralförmig um die Antriebsachse L des Getriebes verläuft, derart, dass der Getriebesteigung die Steigung des zweiten Führungselementes überlagert wird.
2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungselement in der Art eines radial nach außen weisenden Fortsatzes (B1 ) ausgebildet ist und dass das zweite Führungselement in der Art einer spiralförmigen Führungsnut (8.1 ) am Innendurchmesser der Hülse (C) eingebracht ist, derart, dass der Fortsatz (B1 ) in die Führungsnut (8.1 ) eingreifbar und bei einer Axialbewegung in der Führungsnut (8.1 ) verschiebbar ist.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Führungsnut (8.1 ) über den Betätigungsweg nicht variabel ausgeführt ist.
4. Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Führungsnut (8.1 ) mehrstufig variabel oder vollvariabel ausgeführt ist.
5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung der Führungsnut (8.1 ) als Kombination von Spiralform und Gerade (Spiralsteigung unendlich) realisiert ist.
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralsteigung zumindest abschnittsweise gleichsinnig zur Getriebesteigung (Summengewinde) verläuft.
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralsteigung zumindest abschnittsweise gegensinnig zur Getriebesteigung (Differenzgewinde) verläuft.
8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebbare Element über ein Betätigungselement die Kupplung des Fahrzeuges betätigt.
9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (C) an einem Aktuatorgehause (8) ausgebildet ist, welches gestellfest an einem Motorgehäuse (9) eines E-Motors E befestigt ist.
PCT/DE2014/200666 2013-12-06 2014-11-28 Aktuator mit einem eine drehbewegung in eine lineare bewegung umwandelnden getriebe WO2015081950A2 (de)

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