WO2017063645A2 - Elektromechanischer aktuator für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO2017063645A2
WO2017063645A2 PCT/DE2016/200434 DE2016200434W WO2017063645A2 WO 2017063645 A2 WO2017063645 A2 WO 2017063645A2 DE 2016200434 W DE2016200434 W DE 2016200434W WO 2017063645 A2 WO2017063645 A2 WO 2017063645A2
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WO
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overload device
electromechanical actuator
sleeve
spindle drive
actuator
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WO2017063645A3 (de
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Daniel Faber
Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Markus Bäuml
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • B60G17/0157—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the action on a particular type of suspension unit non-fluid unit, e.g. electric motor
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F7/08—Vibration-dampers; Shock-absorbers with friction surfaces rectilinearly movable along each other
    • F16F7/082—Vibration-dampers; Shock-absorbers with friction surfaces rectilinearly movable along each other and characterised by damping force adjustment means
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    • B60G2204/4502—Stops limiting travel using resilient buffer

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical actuator for motor vehicles, in particular electromechanical Fahrtechniksaktuator comprising a spindle drive with a threaded spindle and a nut and provided for its drive motor, which are surrounded by a multi-part housing. Furthermore, the invention also relates to a method for operating an electromechanical actuator.
  • EP 1 932 693 B1 discloses an electromagnetic shock absorber for a vehicle, the electromagnetic shock absorber comprising a motor having coils and permanent magnets, the coils being vertically movable relative to an inner tube fixed to a wheel-side member. Furthermore, the coils of the motor are elastically supported by springs, so that movement of the coils relative to the permanent magnets in the axial direction is permitted.
  • Object of the present invention is to further develop an electromechanical actuator with a transmission, namely a spindle drive, so that the transmission is protected from excessive axial forces.
  • the inventive electromechanical actuator for motor vehicles in particular electromechanical Fahrwerksaktuator, characterized by an integrated overload device that converts an axial movement in a radial movement to achieve a positive connection to a housing part.
  • the axial movement refers to the axis of rotation of the spindle drive.
  • the overload device comprises a spreading device with a plurality of annular joints connected double joints. Double joint is understood as an element with three attack points. For example, between 10 and 50, in particular 20, double joints present on an overload device.
  • each double joint has a cup-shaped cross section.
  • Each double joint consists, for example, of two legs and one foot element. The legs are designed such that they act as a spring due to their component stiffness. The legs can also be spring biased, so that the overload device is activated only from a certain force.
  • the spring preload can be generated by the component stiffness itself and / or an additional spring.
  • the overload device is formed in one piece and is produced, for example by forming technology, in particular by machining.
  • forming technology in particular by machining.
  • a pure punching and forming solution is conceivable, that is, the components are stamped and then converted to overloading.
  • the overload device is also preferably made of metal, especially steel.
  • the electromechanical actuator according to the invention is preferably characterized by a radially outside of the overload device, as
  • the sleeve is either attached to a surrounding construction as part of the actuator or itself part of the surrounding construction. As a result, the forces that are passed through the sleeve on parts of the surrounding structure, such as body, over, whereby the transmission is protected from the high forces.
  • the electromechanical actuator has two brake units, wherein the overload device as the first brake unit protects the actuator from excessive forces and the other brake unit protects the actuator from excessive actuating speeds.
  • the second brake unit which protects against excessive actuating speeds, is preferably designed as a centrifugal brake.
  • the centrifugal brake is dependent on the mother speed, whereas the overload device is dependent on the size of the axially acting force.
  • the structure and the function of a centrifugal brake is described for example in DE 10 2010 013 935 A1.
  • Housing parts is arranged and depending on the size of the engaging force couples both housing parts together.
  • the degree of coupling is just as variable as the distance between the two housing parts. Complete coupling occurs when the force acting axially on the electromechanical actuator is less than the spring preload of the overload device. In a coupling of both
  • Housing parts are the axially acting forces so small that they can be passed through the electromechanical actuator, without causing damage.
  • the overload device which is arranged axially between the two housing parts, depending on the size of the applied force, both housing parts partially decoupled from each other.
  • the partial decoupling is achieved in that the axially acting force is greater than the spring preload of the overload device, whereby the overload device increases its overall outer diameter, so that a frictional connection between the overload device and a sleeve arranged radially outside of it is achieved.
  • the sleeve is to be seen as a further housing part, which is part of the surrounding construction or is connected to the surrounding structure.
  • the overload device acts especially for pulses of high power. That is, the actuator according to the invention regulates the power diversion due to the arranged overload device itself.
  • the following order of power transmission is advantageous: rotor of the motor, nut attached to the rotor, inner sleeve, bearing, second housing part, overload device, first housing part and stator of the motor.
  • the inner sleeve and the nut can also be formed in one piece.
  • the overload device should generally be arranged with respect to the power flow in front of the spindle drive. It can thus be arranged, for example, the overload device axially between the housing part and nut of the spindle drive.
  • the actuator according to the invention is preferably characterized by an integrated control unit.
  • the control unit controls the spindle drive and optionally has an angle and / or path measuring device.
  • the inventive method for operating a previously described electromechanical actuator is characterized in that
  • FIG. 1 a schematic representation of an electromechanical actuator according to the invention with an overload device
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an overload device in a perspective view
  • FIG. 3 shows the overload device of FIG. 2 in cross-section and its mode of operation in abstract form
  • FIG. 4 shows an exemplary force flow with a low axial-attacking force
  • FIG. 5 shows an example of a force flow with a large axial-engaging force.
  • FIG. 1 an inventive electromechanical actuator 1 for motor vehicles with an overload device 2 is shown schematically.
  • the electromechanical actuator 1 has a spindle drive 3 with an axis of rotation A R and a motor 4, wherein the motor 4 drives the spindle drive 3.
  • the spindle drive 3, which is formed in this embodiment as a ball screw, comprises a threaded spindle 5 and a nut 6.
  • the threaded spindle 5 has at one end a vehicle connection element 7, via which the electromechanical actuator 1 is connected to a motor vehicle.
  • the electromechanical actuator 1 further comprises a plurality of cup-shaped
  • the first housing part 8 surrounds a control unit 10, the motor 4 and partially the spindle drive 3. Further, the first housing part 8 also has a vehicle connection element 7 on its closed front side. At the other end face of the first housing part 8, the overload device 2 is flush. The overload device 2 is located between two housing parts 8, 9 and thus is flush with the end face of the second housing part 9. In this case, the two housing parts 8, 9 have a same outer diameter and on the end face to the overload device 2 a radially inwardly extending flange 11. The overload device 2 also projects radially beyond the outer diameter of the two housing parts 8, 9.
  • the second housing part 8 encloses partly also the spindle drive 3 and completely a bearing 12, a centrifugal brake 13 and an inner sleeve 14.
  • the bearing 12 is formed as an axial-radial bearing and has a bearing inner ring 15 and a bearing outer ring 16.
  • the bearing outer ring 16 is fixedly connected to the second housing part 9.
  • the bearing inner ring 15, however, is firmly connected to the inner sleeve 14 and preferably to the inner sleeve 14th pressed.
  • the centrifugal brake 13 is arranged on the opposite end face to the overload device 2 of the bearing inner ring 15, which is connected to the outer circumference of the inner sleeve 14 and also to the second housing part 9.
  • the centrifugal brake 13 brakes the system at too high actuating speeds, with the braking force being dependent on the engine speed.
  • the inner sleeve 14 is further firmly connected to the nut 6 of the spindle drive 3. Notwithstanding the embodiment shown in Fig. 1, the nut and the inner sleeve may also be formed as a part, that is, in one piece. Furthermore, the following parts of the electromechanical actuator 1 are arranged axially behind one another in the enumerated sequence: motor 4, overload device 2, bearing 12 and centrifugal brake 13.
  • the second housing part 9 is further complete and the first housing part 8 only partially surrounded by a sleeve 17 which is formed as a housing part, radially.
  • the sleeve 17 is also cup-shaped, wherein the vehicle connection element 7 of the threaded spindle 5 is arranged outside the sleeve 17. Radial between
  • a gap 18 is present, which is minimized when activating the overload device 2 until a direct contact of the overload device 2 with the sleeve 17 is formed.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a machined overload device 2.
  • the overload device 2 consists of a plurality, in this embodiment twenty, annular joints connected to each other double hinges 19.
  • the cross section and the function of a double joint 19 are shown in FIG.
  • the exemplary overload device 2 is formed in one piece and has a cup-like cross section. That is, a double joint 19 has two opposite legs 20 and a foot member 21, which connects both legs 20 together. Both legs 20 and the foot member 21 each have a point 22 on. An element with three points of attack 22 is referred to here as a double joint 19.
  • the legs 20 of the overload device 2 are directed radially inward and the foot elements 21 radially outward.
  • the two legs 20 act due to their component stiffness as a spring and are only in the axial direction, relative to the axis of rotation AR of the spindle drive 3, displaced.
  • the foot member 21 is displaced in the radial direction, so that the total outer diameter of the overload device 2 increases. Due to the increase in the total outer diameter of the gap 18 is minimized as shown in FIG. 1 between the overload device 2 and the sleeve 17, whereby the force flow FK changes.
  • Fig. 4 shows the force flow F K at a normal load, that is at a low axial force applied.
  • the power flow F K thus passes directly through the bearing 12 and the spindle drive.
  • FIG. 5 shows the idealized force flow F K in the event of an overload, that is to say with a very large axial force acting on it.
  • the force also acts on the vehicle connection element 7 of the first housing part 8 and is directed to the overload device 2. Due to the high axial force acting on the legs 20 of the overload device 2, the foot elements 21 are moved in the radial direction until the overload device 2 and the sleeve 17 are in direct contact. Thus, the engaging force of the legs 20 via the foot members 21 and then via the sleeve 17 to the vehicle connection element 7 of the threaded spindle 5 and thus to the surrounding structure, which is also not shown here, passed.

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Abstract

Elektromechanischer Aktuator (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektromechanischer Fahrwerksaktuator, umfassend einen Spindeltrieb (3) mit einer Gewindespindel (5) und einer Mutter (6) und einen zu dessen Antrieb vorgesehenen Motor (4), die von einem mehrteiligen Gehäuse (8, 9, 17) umgeben sind, wobei eine integrierte Öberlasteinrichtung (2), die eine Axialbewegung in eine Radialbewegung zum Erreichen eines Kraftschlusses zu einem Gehäuseteil (17) hin umwandelt, vorhanden ist.

Description

Elektromechanischer Aktuator für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator für Kraftfahrzeuge, insbe- sondere elektromechanischen Fahrwerksaktuator, umfassend einen Spindeltrieb mit einer Gewindespindel und einer Mutter und einen zu dessen Antrieb vorgesehenen Motor, die von einem mehrteiligen Gehäuse umgeben sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Aktuators.
In der EP 1 932 693 B1 ist ein elektromagnetischer Stoßdämpfer für ein Fahrzeug offenbart, wobei der elektromagnetische Stoßdämpfer einen Motor mit Spulen und Permanentmagneten aufweist, wobei die Spulen vertikal beweglich relativ zu einem inneren Rohr sind, das an einem radseitigen Element befestigt ist. Des Weiteren sind die Spulen des Motors durch Federn elastisch gelagert, so dass eine Bewegung der Spu- len relativ zu den Permanentmagneten in axialer Richtung zugelassen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromechanischen Aktuator mit einem Getriebe, nämlich einem Spindeltrieb, weiterzuentwickeln, so dass das Getriebe vor zu hohen axial angreifenden Kräften geschützt wird.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird der im Anspruch 1 angegebene elektromechanische Aktuator sowie in Anspruch 10 ein Verfahren zu dessen Betreibung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße elektromechanische Aktuator für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektromechanischer Fahrwerksaktuator, zeichnet sich durch eine integrierte Überlasteinrichtung aus, die eine Axialbewegung in eine Radialbewegung zum Erreichen eines Kraftschlusses zu einem Gehäuseteil hin umwandelt. Dabei bezieht sich die Axialbewegung auf die Rotationsachse des Spindeltriebs. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Überlasteinrichtung eine Spreizvorrichtung mit einer Vielzahl miteinander ringförmig verbundener Doppelgelenke umfasst. Unter Doppelgelenk wird ein Element mit drei Angriffspunkten verstanden. Beispielsweise sind zwischen 10 und 50, insbesondere 20, Doppelgelenke an einer Überlasteinrichtung vorhanden. Vorzugsweise weist jedes Doppelgelenk einen kelchartigen Querschnitt auf. Dabei besteht jedes Doppelgelenk beispielsweise aus zwei Schenkeln und einem Fußelement. Die Schenkel sind dabei derart ausgebildet, dass sie aufgrund ihrer Bauteilsteifigkeit als Feder wirken. Die Schenkel können des Weiteren federvorge- spannt sein, so dass die Überlasteinrichtung erst ab einer bestimmten Kraft aktiviert wird. Die Federvorspannung kann durch die Bauteilsteifigkeit selbst und/oder über eine Zusatzfeder erzeugt werden.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn die Überlasteinrichtung einteilig ausgebildet ist und beispielsweise umformtechnisch, insbesondere spanend hergestellt ist. Es ist allerdings auch möglich, die Doppelgelenke einzeln herzustellen und anschließend zusammenzuschweißen oder zusammenzustecken, so dass die Überlasteinrichtung als Schweißbaugruppe oder als Steckbaugruppe ausgebildet ist. Des Weiteren ist auch eine reine Stanz- und Umformlösung denkbar, das heißt die Bauteile werden gestanzt und anschließend zur Überlasteinrichtung umgeformt. Die Überlasteinrichtung besteht außerdem vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl.
Ferner zeichnet sich der erfindungsgemäße elektromechanische Aktuator vorzugsweise durch eine radial außerhalb der Überlasteinrichtung angeordnete, als
Gehäuseteil ausgebildete Hülse aus, wobei zwischen Hülse und Überlasteinrichtung ein Spalt vorhanden ist. Je höher die axial angreifenden Kräfte an dem elektromecha- nischen Aktuator werden, desto kleiner wird der Spalt zwischen Hülse und Überlasteinrichtung. Bei sehr hohen axial angreifenden Kräften wird der Spalt gleich null, so dass die Kräfte auf die Hülse übertragen werden. Bei Erhöhung der axial angreifenden Kräfte werden die Schenkel der Überlasteinrichtung axial zusammengedrückt, wodurch eine Erhöhung des Gesamtaußendurchmessers der Überlasteinrichtung entsteht. Das heißt, die Fußelemente der Doppelgelenke werden radial nach außen ver- schoben, so dass die Fußelemente die Hülse berühren und an dem elektromechani- schen Aktuator angreifenden Kräfte über die Hülse umgeleitet werden.
Die Hülse ist entweder als Teil des Aktuators an einer Umgebungskonstruktion ange- bunden oder selbst Teil der Umgebungskonstruktion. Dadurch gehen die Kräfte, die über die Hülse geleitet werden auf Teile der Umgebungskonstruktion, wie beispielsweise Karosserie, über, wodurch das Getriebe vor den hohen Kräften geschützt wird.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der elektromechanische Aktuator zwei Bremseinheiten aufweist, wobei die Überlasteinrichtung als erste Bremseinheit den Aktuator vor zu hohen Kräften und die andere Bremseinheit den Aktuator vor zu hohen Stellgeschwindigkeiten schützt. Die zweite Bremseinheit, die vor zu hohen Stellgeschwindigkeiten schützt, ist vorzugsweise als Fliehkraftbremse ausgebildet. Die Fliehkraftbremse ist dabei abhängig von der Mutterdrehzahl, wogegen die Überlasteinrichtung abhängig von der Größe der axial angreifenden Kraft ist. Der Aufbau sowie die Funktion einer Fliehkraftbremse ist beispielsweise in der DE 10 2010 013 935 A1 beschrieben.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Überlasteinrichtung axial zwischen zwei
Gehäuseteilen angeordnet ist und abhängig von der Größe der angreifenden Kraft beide Gehäuseteile miteinander koppelt. Dabei ist der Grad der Kopplung genauso wie der Abstand der beiden Gehäuseteile variabel. Eine vollständige Kopplung liegt vor, wenn die am elektromechanischen Aktuator axial angreifende Kraft geringer ist als die Federvorspannung der Überlasteinrichtung. Bei einer Kopplung beider
Gehäuseteile sind die axial angreifenden Kräfte so gering, dass diese durch den elektromechanischen Aktuator durchgeleitet werden können, ohne Beschädigungen zu verursachen.
Allerdings ist es auch möglich, dass die axial angreifenden Kräfte so groß sind, dass diese vor allem den Spindeltrieb schädigen könnten. Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, wenn die Überlasteinrichtung, die axial zwischen den zwei Gehäuseteilen angeordnet ist, abhängig von der Größe der angreifenden Kraft beide Gehäuseteile voneinander teilweise entkoppelt. Die teilweise Entkopplung wird dadurch erreicht, dass die axial angreifende Kraft größer ist als die Federvorspannung der Überlasteinrichtung, wodurch die Überlasteinrichtung ihren Gesamtaußendurchmesser vergrößert, so dass ein Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung und einer radial außer- halb davon angeordneten Hülse erreicht wird. Die Hülse ist als weiteres Gehäuseteil zu sehen, das Teil der Umgebungskonstruktion ist oder mit der Umgebungskonstruktion verbunden ist. Bei einer wirkenden Kraft, welche hoch genug ist, um die Vorspannung der Doppelgelenke der Überlasteinrichtung zu überwinden, gehen diese in Kraftschluss mit der Hülse, wodurch die Kräfte, welche größer sind als die Aktivierungs- kraft, direkt auf die Umgebungskonstruktion abgeleitet werden. Dadurch wird in diesem Zeitpunkt der Spindeltrieb nicht höher belastet. Der Entkoppelte Zustand wird wieder aufgehoben sobald der Spindeltrieb soweit entlastet wird, dass die Vorspannung der Doppelgelenke der Überlasteinrichtung unterschritten ist.
Hierdurch werden Überlast-Kräfte vom Spindeltrieb ferngehalten und der Spindeltrieb wird nur mit Normlast belastet. Somit wirkt die Überlasteinrichtung vor allem bei Impulsen von hoher Kraft. Das heißt, der erfindungsgemäße Aktuator reguliert die Kraftumleitung aufgrund der angeordneten Überlasteinrichtung selbst.
Hierfür ist folgende Reihenfolge der Kraftübertragung vorteilhaft: Rotor des Motors, am Rotor befestigte Mutter, Innenhülse, Lagerung, zweites Gehäuseteil, Überlasteinrichtung, erstes Gehäuseteil und Stator des Motors. Die Innenhülse und die Mutter können auch einteilig ausgebildet sein. Bei der Reihenfolge der Bauelemente sollte allgemein die Überlasteinrichtung in Bezug auf den Kraftfluss vor dem Spindeltrieb angeordnet sein. Es kann somit beispielsweise auch die Überlasteinrichtung axial zwischen Gehäuseteil und Mutter des Spindeltriebs angeordnet sein.
Vorzugsweise zeichnet sich außerdem der erfindungsgemäße Aktuator durch ein integriertes Steuergerät aus. Das Steuergerät steuert den Spindeltrieb an und weist op- tional eine Winkel- und / oder Wegemessvorrichtung auf. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines vorher beschriebenen elekt- romechanischen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass
- im normalen Betrieb die Überlasteinrichtung keine Bremswirkung entfaltet und
- erst bei ansteigender axial angreifender Kraft die Überlasteinrichtung in axialer Richtung komprimiert wird, wodurch sich der Gesamtaußendurchmesser der Überlasteinrichtung erhöht
- und bei einer weiter ansteigenden Kraft ein Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung und Hülse erreicht wird, wobei durch diesen Kraftschluss der Spindeltrieb zumindest gebremst wird und ein Teil der angreifenden Kraft über die Hülse umgeleitet wird,
- wodurch die Krafteinwirkung auf den Spindeltrieb und somit auch auf die Überlasteinrichtung reduziert wird und somit der Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung und Hülse sowie gleichzeitig die Bremswirkung des Spindeltriebs reduziert wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektromechani- schen Aktuators mit einer Überlasteinrichtung,
Figur 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer Überlasteinrichtung in perspektivischer Ansicht,
Figur 3 die Überlasteinrichtung aus Fig. 2 im Querschnitt sowie dessen Funktionsweise abstrakt dargestellt, Figur 4 einen beispielhaften Kraftfluss bei einer gering axialangreifenden Kraft,
Figur 5 einen beispielhaften Kraftfluss bei einer großen axialangreifenden Kraft.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer elektromechanischer Aktuator 1 für Kraftfahrzeuge mit einer Überlasteinrichtung 2 schematisch dargestellt. Der elektromechani- sche Aktuator 1 weist einen Spindeltrieb 3 mit einer Rotationsachse AR sowie einen Motor 4 auf, wobei der Motor 4 den Spindeltrieb 3 antreibt. Der Spindeltrieb 3, der in dieser Ausführungsform als Kugelgewindetrieb ausgebildet ist, umfasst eine Gewin- despindel 5 sowie eine Mutter 6. Die Gewindespindel 5 weist an einem Ende ein Fahrzeuganbindungselement 7 auf, über das der elektromechanische Aktuator 1 mit einem Kraftfahrzeug verbunden ist.
Der elektromechanische Aktuator 1 weist des Weiteren mehrere topfförmige
Gehäuseteile 8, 9 auf. Das erste Gehäuseteil 8 umgibt ein Steuergerät 10, den Motor 4 sowie teilweise den Spindeltrieb 3. Ferner weist das erste Gehäuseteil 8 an seiner geschlossenen Stirnseite ebenfalls ein Fahrzeuganbindungselement 7 auf. An der anderen Stirnseite des ersten Gehäuseteils 8 liegt die Überlasteinrichtung 2 bündig an. Die Überlasteinrichtung 2 liegt zwischen zwei Gehäuseteilen 8, 9 und liegt somit auch bündig an der Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 9 an. Dabei weisen die beiden Gehäuseteile 8, 9 einen gleichen Außendurchmesser sowie an der Stirnseite zur Überlasteinrichtung 2 einen radial nach innen erstreckenden Flansch 11 auf. Die Überlasteinrichtung 2 ragt des Weiteren radial über den Außendurchmesser der beiden Gehäuseteile 8, 9 hinaus.
Das zweite Gehäuseteil 8 umschließt unter anderem ebenfalls teilweise den Spindeltrieb 3 sowie vollständig eine Lagerung 12, eine Fliehkraftbremse 13 und eine Innenhülse 14. Die Lagerung 12 ist dabei als Axial-Radial-Lager ausgebildet und weist einen Lagerinnenring 15 sowie einen Lageraußenring 16 auf. Der Lageraußenring 16 ist feststehend mit dem zweiten Gehäuseteil 9 verbunden. Der Lagerinnenring 15 hingegen ist mit der Innenhülse 14 fest verbunden und vorzugsweise auf die Innenhülse 14 aufgepresst. Des Weiteren ist an der abgewandten Stirnseite zur Überlasteinrichtung 2 des Lagerinnenrings 15 die Fliehkraftbremse 13 angeordnet, die mit dem Außenumfang der Innenhülse 14 und ebenfalls mit dem zweiten Gehäuseteil 9 verbunden ist. Die Fliehkraftbremse 13 bremst das System bei zu hohen Stellgeschwindigkeiten, wo- bei die Bremskraft abhängig von der Mutterdrehzahl ist. Die Innenhülse 14 ist ferner mit der Mutter 6 des Spindeltriebs 3 fest verbunden. Ungeachtet der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform kann die Mutter und die Innenhülse auch als ein Teil, das heißt einteilig, ausgebildet sein. Des Weiteren sind folgende Teile des elektromecha- nischen Aktuators 1 in der aufgezählten Reihenfolge axial hintereinander angeordnet: Motor 4, Überlasteinrichtung 2, Lagerung 12 und Fliehkraftbremse 13.
Das zweite Gehäuseteil 9 ist des Weiteren komplett und das erste Gehäuseteil 8 nur teilweise von einer Hülse 17, die als Gehäuseteil ausgebildet ist, radial umgeben. Die Hülse 17 ist ebenfalls topfförmig ausgebildet, wobei das Fahrzeuganbindungselement 7 der Gewindespindel 5 außerhalb der Hülse 17 angeordnet ist. Radial zwischen
Überlasteinrichtung 2 und Hülse 17 ist ein Spalt 18 vorhanden, der bei Aktivierung der Überlasteinrichtung 2 soweit minimiert wird, bis ein direkter Kontakt der Überlasteinrichtung 2 mit der Hülse 17 entsteht.
In der Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer spanend bearbeiteten Überlasteinrichtung 2 dargestellt. Die Überlasteinrichtung 2 besteht aus einer Vielzahl, in dieser Ausführungsform zwanzig, miteinander ringförmig verbundener Doppelgelenke 19. Der Querschnitt sowie die Funktion eines Doppelgelenks 19 sind in der Fig. 3 dargestellt. Die beispielhafte Überlasteinrichtung 2 ist einteilig ausgebildet und weist ei- nen kelchartigen Querschnitt auf. Das heißt, ein Doppelgelenk 19 weist zwei gegenüberliegende Schenkel 20 sowie ein Fußelement 21 auf, das beide Schenkel 20 miteinander verbindet. Beide Schenkel 20 sowie das Fußelement 21 weisen jeweils einen Angriffspunkt 22 auf. Ein Element mit drei Angriffspunkten 22 wird hier als Doppelgelenk 19 bezeichnet. Des Weiteren sind die Schenkel 20 der Überlasteinrichtung 2 radial nach innen und die Fußelemente 21 radial nach außen gerichtet. Die beiden Schenkel 20 wirken aufgrund ihrer Bauteilsteifigkeit als Feder und sind nur in axialer Richtung, bezogen auf die Rotationsachse AR des Spindeltriebs 3, verschiebbar. Durch ein axiales Zusammendrücken der beiden Schenkel 20 wird das Fußelement 21 in radialer Richtung verschoben, so dass sich der Gesamtaußen- durchmesser der Überlasteinrichtung 2 erhöht. Aufgrund der Erhöhung des Gesamtaußendurchmessers wird der Spalt 18 gemäß Fig. 1 zwischen der Überlasteinrichtung 2 und der Hülse 17 minimiert, wodurch sich der Kraftfluss FK verändert.
Fig. 4 zeigt den Kraftfluss FK bei einer Normallast, das heißt bei einer geringen axial angreifenden Kraft. Dabei wird die axial angreifende Kraft am Fahrzeuganbindungs- element 7 des ersten Gehäuseteils 8 über die Überlasteinrichtung 2 axial zur Lagerung 12 und von dem Innenring 15 der Lagerung 12 und der damit fest verbundenen Innenhülse 14 zur Mutter 6 und von der Mutter 6 über die Gewindespindel 5 des Spindeltriebs 3 zum Fahrzeuganbindungselement 7 der Gewindespindel 5 und somit zur Umgebungskonstruktion, die hier nicht dargestellt ist, geleitet. Der Kraftfluss FK verläuft somit direkt durch die Lagerung 12 und den Spindeltrieb 3.
In der Fig. 5 hingegen ist der idealisierte Kraftfluss FK bei einer Überlast, das heißt bei einer sehr großen axial angreifenden Kraft, dargestellt. Die Kraft greift ebenfalls am Fahrzeuganbindungselement 7 des ersten Gehäuseteils 8 an und wird zur Überlasteinrichtung 2 geleitet. Durch die hohe axiale Kraft, die auf die Schenkel 20 der Überlasteinrichtung 2 wirkt, werden die Fußelemente 21 in radialer Richtung soweit verschoben, bis die Überlasteinrichtung 2 und die Hülse 17 in direktem Kontakt stehen. Somit wird die angreifende Kraft von den Schenkeln 20 über die Fußelemente 21 und anschließend über die Hülse 17 zum Fahrzeuganbindungselement 7 der Gewindespindel 5 und somit zur Umgebungskonstruktion, die hier ebenfalls nicht dargestellt ist, geleitet. Dadurch wird der Spindeltrieb 3 sowie dessen Lagerung 12, wobei die Lagerung 12 gegenüber der Mutter 6 axial versetzt ist, vor sehr hohen angreifenden Kräften geschützt. In dem idealisierten Zustand gemäß Fig. 5 ist der Spindeltrieb 3 aufgrund des Kraftschlusses zwischen Überlasteinrichtung 2 und Hülse 17 gesperrt, wodurch sich die Krafteinwirkung von der Mutter 6 kommend an der Überlasteinrichtung 2 reduziert. Dadurch drücken sich die Schenkel 20 der Überlasteinrichtung 2 axi- al auseinander und der Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung 2 und Hülse 17 wird gelöst, das wiederum dazu führt, dass sich die Sperrwirkung des Spindeltriebs 3 löst und ein Kraftfluss FK, näherungsweise wie in Fig. 4 dargestellt, ergibt. Das heißt, es stellt sich ein Zwischenzustand zwischen den in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Zu- ständen ein.
Bezugszeichenliste
1 elektromechanischer Aktuator
2 Überlasteinrichtung
3 Spindeltrieb
4 Motor
5 Gewindespindel
6 Mutter
7 Fahrzeuganbindungselement
8 erstes Gehäuseteil
9 zweites Gehäuseteil
10 Steuergerät
11 Flansch
12 Lagerung
13 Fliehkraftbremse
14 Innenhülse
15 Lagerinnen ring
16 Lageraußenring
17 Hülse
18 Spalt zwischen Überlasteinrichtung und Hülse
19 Doppelgelenk
20 Schenkel
21 Fußelement
22 Angriffspunkt
AR Rotationsachse des Spindeltriebs
FK Kraftfluss

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromechanischer Aktuator (1 ) für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrome- chanischer Fahrwerksaktuator, umfassend einen Spindeltrieb (3) mit einer Gewindespinde! (5) und einer Mutter (6) und einen zu dessen Antrieb vorgesehenen Motor (4), die von einem mehrteiligen Gehäuse (8, 9, 17) umgeben sind, gekennzeichnet durch eine integrierte Überlasteinrichtung (2), die eine Axialbewegung in eine Radialbewegung zum Erreichen eines Kraftschlusses zu einem Gehäuseteil (17) hin umwandelt.
2. Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Überlasteinrichtung (2) eine Spreizvorrichtung mit einer Vielzahl miteinander ringförmig verbundener Doppelgelenke (19) umfasst.
3. Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Doppelgelenk (19) einen kelchartigen Querschnitt aufweist, wobei jedes Doppelgelenk (19) aus zwei Schenkeln (20) und einem Fußelement (21) besteht.
4. Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (20) der Doppelgelenke (19) derart ausgebildet sind, dass sie aufgrund ihrer Bauteilsteifigkeit als Feder wirken.
5. Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine radial außerhalb der Überlasteinrichtung (2) angeordnete, als Gehäuseteil ausgebildete Hülse (17), wobei zwischen Hülse (17) und Überlasteinrichtung (2) ein Spalt (18) vorhanden ist.
6. Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Bremseinheiten (2, 13), wobei die Überlasteinrichtung (2) als erste Bremseinheit den Aktuator (1) vor zu hohen Kräften und die andere Bremseinheit (13) den Aktuator (1) vor zu hohen Stellgeschwindigkeiten schützt.
7. Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlasteinrichtung (2) axial zwischen zwei Gehäuseteilen (8, 9) angeordnet ist und abhängig von der Größe der angreifenden Kraft beide Gehäuseteile (8, 9) voneinander teilweise entkoppelt.
8. Elektromechanischer Aktuator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraftübertragung zwischen Rotor und Stator des Motors (4) die Mutter (6), eine Innenhülse (14), eine Lagerung (12), das zweite Gehäuseteil (9), die Überlasteinrichtung (2), das erste Gehäuseteil (8) mechanisch in Reihe geschaltet sind.
9. Elektromechanischer Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein integriertes Steuergerät (10).
10. Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Aktuators (1) mit einem Spindeltrieb (3), einer Überlasteinrichtung (2) und einer radial außerhalb der Überlasteinrichtung (2) angeordneten Hülse (17),
- wobei im normalen Betrieb die Überlasteinrichtung (2) keine Bremswirkung entfaltet und
- erst bei ansteigender axial angreifender Kraft die Überlasteinrichtung (2) in axialer Richtung komprimiert wird, wodurch sich der Gesamtaußendurchmesser der Überlasteinrichtung (2) erhöht
- und bei einer weiter ansteigenden Kraft ein Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung (2) und Hülse (17) erreicht wird, wobei durch diesen Kraftschluss der Spindeltrieb (3) zumindest gebremst wird und ein Teil der angreifenden Kraft über die Hülse (17) umgeleitet wird,
- wodurch die Krafteinwirkung auf den Spindeltrieb (3) und somit auch auf die Überlasteinrichtung (2) reduziert wird und somit der Kraftschluss zwischen Überlasteinrichtung (2) und Hülse (17) sowie gleichzeitig die Bremswirkung des Spindeltriebs (3) reduziert wird.
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