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Die
Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktuator zur Auslenkung
eines mechanischen Teils gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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In
modernen Kraftfahrzeugen sind vergleichsweise viele elektrische
Aktuatoren vorhanden, mit denen die Drehbewegung eines von einem
Steuerungsgerät
ansteuerbaren Elektromotors in eine lineare bzw. geradlinige Bewegung
des zu verschiebenden Kraftfahrzeugbauteils umgewandelt wird. Ein besonderes
Einsatzgebiet können
derartige Aktuatoren bei der automatischen Betätigung einer Anfahr- und Schaltkupplung
eines Kraftfahrzeuges finden, wobei das zu betätigende Bauteil beispielsweise
ein so genannter Zentralausrücker
der Reibkupplung sein kann. Ein derartiger Zentralausrücker wirkt
bei einer Betätigung
beispielsweise derart auf die Membranfeder der Kupplung, dass die
ausgerückt
oder in eine Schlupfstellung gebracht wird, in der diese kein beziehungsweise
nur ein reduziertes Drehmoment vom dem Antriebsmotor des Fahrzeugs
zu dem Getriebe weiterleiten kann.
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Zur
Umwandlung der Drehbewegung des Rotors des Elektromotors in eine
geradlinige Bewegung sind unterschiedliche Umlenkgetriebe bekannt geworden.
So kommen beispielsweise Umlenkgetriebe in Verbindung mit aktiv
steuerbaren Lamellenkupplungen zur Anwendung, die an Achs- oder
Mitteldifferenzialen als Differenzialsperren und in einem Triebstrang
mit zuschaltbarem Allradantrieb als Zuschaltkupplung einer bedarfsweise
aktivierbaren Antriebsachse verwendet werden. Durch das Umlenkgetriebe
wird ein extern erzeugtes Stellmoment kontinuierlich mit hoher Übersetzung
in eine axiale Anpresskraft zur Betätigung, also zum zumindest
teilweisen Schließen,
einer zugeordneten Lamellenkupplung umgesetzt.
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Ein
Differenzialgetriebe mit einer mittels eines Elektromotors über ein
derartiges Umlenkgetriebe betätigbaren
Lamellensperre ist in der
EP
0 368 140 B1 in zwei Ausführungsformen beschrieben. Gemäß einer
ersten Ausführungsform
nach der dortigen
1 ist das Differenzialgetriebe
in Kegelradbauweise ausgeführt.
Ein Stützring
steht über
ein Kegelrad eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest
montierten Elektromotor in Triebverbindung. Ein Stellring ist gehäuseseitig
drehfest und axial verschiebbar gelagert und steht über Nockenbahnen
unmittelbar mit dem Stützring
in Verbindung. Eine Drehung des Stützrings wird somit in eine
Axialbewegung des Stellrings umgesetzt, der über ein Axialdrucklager, eine
mit dem Differenzialkorb umlaufende äußere Druckplatte, mehrere den
Differenzialkorb durchdringende Stößel und eine innere Druckplatte mit
der Lamellenkupplung in Verbindung steht, deren Lamellen zwischen
dem Differenzialkorb und einem der beiden Abtriebskegelräder wirksam
angeordnet sind.
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In
einer zweiten Variante nach der dortigen 2 ist das
Differenzialgetriebe in Planetenbauweise ausgeführt. Der Stützring ist hierbei gehäuseseitig drehfest
und axial unverschiebbar gelagert. Der Stellring ist dagegen drehbar
sowie axial verschiebbar gelagert und steht einerseits über das
Ritzel eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest
montierten Elektromotor in Triebverbindung, und andererseits über mehrere
umfangsseitig ansteigende Kugelrillen und darin angeordnete Wälzkörper mit
dem Stützring
in Verbindung. Eine Drehung des Stellrings wird somit durch eine
Wälzbewegung
der Wälzkörper zwischen
den gegensinnig axial ansteigenden Kugelrillen in eine Axialbewegung
des Stellrings umgesetzt, der über
ein äußeres Axialdrucklager,
eine mit dem Differenzialkorb umlaufende äußere Druckplatte, mehrere den
Differenzialkorb durchdringende erste Stößel, eine erste innere Druckplatte,
ein inneres Axialdrucklager, eine Druckscheibe, mehrere die Drehzapfen
des Planetenträgers
durchdringende zweite Stößel und
eine zweite innere Druckplatte mit der Lamellenkupplung in Verbindung
steht, deren Lamellen zwischen dem Dif ferenzialkorb und dem Sonnenrad
des Differenzialgetriebes wirksam angeordnet sind.
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Ein
weiteres Differenzialgetriebe mit einer mittels eines Elektromotors über ein ähnliches
Umlenkgetriebe betätigbaren
Lamellensperre ist aus der
US
4,805,486 A bekannt. Bei diesem Differenzialgetriebe ist
ein Stützring
gehäuseseitig
drehfest und axial unverschiebbar gelagert. Ein Stellring ist drehbar
sowie axial verschiebbar gelagert und steht einerseits über das
Ritzel eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest
montierten Elektromotor in Triebverbindung, und andererseits entweder über umfangsseitig
ansteigende Nockenflächen
(siehe dortige
2) oder über umfangsseitig ansteigende Rampenflächen und
darin angeordnete Wälzkörper (siehe
dortige
3) mit dem Stützring in
Verbindung. Eine Drehung des Stellrings wird somit durch eine Gleitbewegung
der gegensinnig axial ansteigenden Nockenflächen oder durch eine Wälzbewegung der
Wälzkörper zwischen
den gegensinnig axial ansteigenden Rampenflächen in eine Axialbewegung des
Stellrings umgesetzt, der über
ein äußeres Axialdrucklager,
eine äußere Druckplatte,
mehrere den Differenzialkorb durchdringende Kolben und einen inneren
Druckring mit der Lamellenkupplung in Verbindung steht, deren Lamellen
zwischen dem Differenzialkorb und einem der beiden Abtriebskegelräder des Differenzialgetriebes
wirksam angeordnet sind.
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Nur
zur Vervollständigung
des bekannten Standes der Technik sei auf die
DE 103 48 312 A1 hingewiesen,
die eine Betätigungseinrichtung
für eine
Reibungskupplungseinrichtung offenbart, bei der ein mit den beschriebenen
Kugelrampen versehener Kupplungsaktuator mittels eines Bowdenzuges
betätigbar
ist.
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Allen
diesen bekannten Umlenkgetrieben ist gemeinsam, dass die axial ansteigenden
Rampen- und Nockenflächen
umfangsseitig ausgerichtet sind. Dies hat zur Folge, dass die entsprechenden
Wirkkonturen jeweils auf einen relativ kleinen Drehwinkelsektor
des Eingangselementes beschränkt
sind, wodurch sich nachteilig eine relativ kleine Übersetzung zwischen
der Drehbewegung und dem Drehmoment des Eingangselementes sowie
der Axialbewegung und der axialen Anpresskraft des jeweils zugeordneten
Ausgangselementes ergibt. Eine exakte Einstellung eines gewünschten
Sperr- oder Schließmomentes über die
auf die betreffende Lamellenkupplung wirksame axiale Anpresskraft
ist daher kaum möglich und
erfordert zudem eine weitgehende Spielfreiheit auf dem Übertragungsweg
zwischen dem elektrischen Stellantrieb und dem Eingangselement.
Des Weiteren ist eine sehr genaue Herstellung der Nocken- oder Rampenflächen des
Eingangs- und Ausgangselementes erforderlich, wodurch die Herstellung
dieser Bauteile aufwendig und entsprechend teuer ist.
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Ein
weiteres Kugelrampen aufweisendes Umlenkgetriebe für einen
Aktuator, mit dem eine Drehbewegung in eine Axialbewegung umgesetzt werden
kann, ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2006 006 640.5 bekannt.
Dieses Umlenkgetriebe zur Betätigung
einer Lamellenkupplung weist ein um eine Mittelachse drehbaren und
axial unverschiebbares kreisscheibenförmiges Eingangselement sowie ein
drehfestes und entlang der Mittelachse axial verschiebbares kreisscheibenförmiges Ausgangselement
auf. Zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement sind mehrere
Wälzkörper angeordnet,
mit dem eine Drehung und ein Drehmoment des Eingangselementes durch
eine Wälzbewegung der
Wälzkörper zwischen
einer ersten Wirkkontur des Eingangselementes und einer zweiten
Wirkkontur des Ausgangselementes in eine Axialbewegung sowie eine
axiale Anpresskraft des Ausgangselementes umsetzbar sind.
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Zur
Erzielung einer besonders hohen Übersetzung
in Verbindung mit einem einfachen und kostengünstig herstellbaren Aufbau
des Umlenkgetriebes ist zudem vorgesehen, dass die erste Wirkkontur aus
mehreren geometrisch identischen Führungsbahnen mit konstanter
axialer Tiefe besteht, die umfangs seitig gleichverteilt in dem Eingangselement angeordnet
sind, jeweils diagonal von radial innen nach radial außen verlaufen,
und jeweils einen als Kugel ausgebildeten Wälzkörper aufnehmen sowie führen, und
dass die zweite Wirkkontur als eine den Führungsbahnen des Eingangselementes
axial gegenüberliegende
Ringkegelfläche
des Ausgangselementes ausgebildet ist.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Umlenkgetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das
bei einfachem und kostengünstig
herstellbaren sowie kompakten Aufbau eine noch weiter erhöhte Übersetzung
aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine bauliche Kombination
eines Elektromotors mit einer Kugelrampen-Stellvorrichtung sehr
vorteilhaft zur Auslenkung eines mechanischen Teils, beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug, nutzbar sein kann. Dies betrifft in erster
Linie Teile im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, etwa in einem
Zentralausrücker
für eine
Reibkupplung, jedoch ist ein solcher Aktuator auch in anderen technischen
Bereichen einsetzbar.
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Die
Lösung
der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Demnach
geht die Erfindung zunächst
aus von einem elektromotorischen Aktuator zur Auslenkung eines mechanischen
Teils, mit einem drehbaren Bauteil und einem drehfesten Bauteil
eines Umlenkgetriebes, die koaxial ineinander angeordnet sind, wobei
das drehbare Bauteil von einem Elektromotor derart antreibbar ist,
dass es gegenüber
dem drehfesten Bauteil zwischen einer ersten Position und einer
zweiten Position linear bewegbar ist.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist zusätzlich
vorgesehen, dass die beiden genannten Bauteile des Aktuators Bestanteile
einer Kugelrampen-Stellvorrichtung
sind, wobei ein drehbares Bauteil der Kugelrampen-Stellvorrichtung
mit dem Rotor des Elektromotors drehfest in Verbindung steht und unmittelbar
oder mittelbar auf das auszulenkende mechanische Teil einwirken
kann.
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Um
eine möglichst
große Übersetzung
von der Drehbewegung des Elektromotors in eine axiale Stellbewegung
realisieren zu können
ist gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass die Kugelrampen-Stellvorrichtung
mehrere axial hintereinander angeordnete Stellringe sowie an einem
axialen Ende einen drehbaren Sitzring und an dem gegenüber liegenden
Ende einen drehfest angeordneten Sitzring aufweist.
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Mit
Vorteil ist der drehbare Sitzring der Kugelrampen-Stellvorrichtung
fest mit einem Ankersitz des Elektromotors und der drehfest angeordnete Sitzring
mit einem gehäusefesten
Führungsrohr
verbunden, während
die axial dazwischen angeordneten Stellringe mittels auf die Stellringe
wirkende Kugeln der Kugelrampen-Stellvorrichtung axial und radial
gehalten werden.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass die
Stellringe beidseitig und der drehbare Sitzring sowie der drehfest angeordnete
Sitzring nur einseitig axial zueinander weisende Führungsbahnen
zur Aufnahme von jeweils einer Kugel in jeder Führungsbahn aufweisen.
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Um
eine möglichst
reibungsarme Stellvorrichtung realisieren zu können, wird es bevorzugt, dass
die Stellringe an ihren radialen Mantelflächen nicht radial gelagert
sind. In diesem Fall erfolgt die radiale Abstützung der Stellringe ausschließlich mittels der
genannten Kugeln, die jeweils in zwei gegenüber liegenden Führungsbahnen
angeordnet sind. Gemäß einer
anderen Variante kann vorgesehen sein, dass diese Stellringe zumindest
an ihrer radial inneren oder an ihrer radial äußeren Mantelfläche über ein Gleitlager
radial gelagert sind.
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Eine
andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Führungsbahnen über ihre
jeweilige Erstreckung eine unterschiedliche Tiefe aufweisen, wozu
diese bevorzugt rampenförmig
ausgebildet sind.
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Außerdem kann
vorgesehen sein, dass die axial gegenüberliegenden Führungsbahnen
von zwei benachbarten Stellringen derart ausgebildet sind, dass
sich diese sowohl radial als auch umfangsbezogen überdecken.
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Zudem
sind die axial gegenüberliegenden Führungsbahnen
derart ausgebildet, dass zur Realisierung des größten axialen Stellweges des
Aktuators die jeweiligen Bereiche der Führungsbahnen mit der geringsten
Tiefe und zur Realisierung des geringsten Stellweges (Stellweg =
Null) die jeweiligen Bereiche mit der größten Tiefe einander axial gegenüber stehen.
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Weiter
ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ankersitz für den Anker bzw. Rotor des
Elektromotors mittels der beschriebenen Kugelrampen-Stellvorrichtung
axial verschiebbar gegenüber
dem Führungsrohr
angeordnet ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Ankersitz
einen sich radial nach außen
erstreckenden Ringflansch und einen radial nach innen erstreckenden
Ringflansch aufweist.
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Zudem
ist am Ankersitz im Bereich seines radial nach innen weisenden Ringflansches
an seiner radial äußeren Mantelfläche ein
Gewinde ausgebildet, auf das eine Ankermutter aufschraubbar ist.
Zwischen der auf dem Ankersitz aufgeschraubten Ankermutter und dem
radial nach außen
weisenden Ringflansch ist der Anker des Elektromotors angeordnet und
festgeklemmt.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Führungsrohr
mit einer Kupplungsglocke oder einem Getriebegehäuse verbindbar ist. Außerdem kann
vorgesehen sein, dass die Statorwicklung des Elektromotors an einem Statorjoch
befestigt ist, welches seinerseits mit einem Stator-Befestigungsblech
fest verbunden ist, wobei das Stator-Befestigungsblech mit dem drehfesten
Teil in Verbindung steht.
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Um
einen erfindungemäß ausgebildeten
Aktuator hinsichtlich seines Betätigungsweges
steuern zu können,
kann dieser gemäß einem
weiterem Aspekt der Erfindung mit einer Drehzahl- und/oder Drehwinkelmessvorrichtung
ausgestattet sein, welche die Drehung des Rotors bzw. Ankers des
Elektromotors erfasst und an ein Steuerungsgerät weiterleitet. Dazu kann vor
gesehen sein, dass zwischen der Ankermutter und dem Anker ein Sensorrad
mit einer sensierbaren Profilierung über einen radialen Klemmabschnitt
festgeklemmt ist. Ausgehend von diesem Klemmabschnitt folgt an dem
Sensorrad ein erster Axialabschnitt, der die Ankermutter und den
Ankersitz axial zumindest teilweise überdeckt. Anschließend ist
an dem Sensorrad ein Radialabschnitt ausgebildet, an den sich dann
ein zweiter Axialabschnitt anschließt, welcher die sensierbare
Profilierung aufweist. Diese Profilierung kann durch eine Axialverzahnung
an der Außenmantelfläche des
Sensorrades oder durch Axialschlitze an dieser Außenmantelfläche ausgebildet
sein.
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Bevorzugt
ist dann radial oberhalb des Sensorrades ein ringförmiges Sensorträgerblech
angeordnet, welches über
einen Distanzring mit dem genannten Stator-Befestigungsblech fest
verbunden ist. An dem Sensorträgerblech
ist ein radial nach innen weisender Drehzahlsensor und/oder Drehwinkelsensor
befestigt, mit dem die Profilierung des Sensorrades erfassbar ist.
Das Sensorträgerblech
und der radial äußere Axialabschnitt
mit der genannten Profilierung überdecken
sich axial, so dass diese Bauteile auch eine Gehäusefunktion übernehmen.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung kann zur Betätigung eines von dem Aktuator auszulenkenden
Teils vorgesehen sein, dass die diesem Teil zugewandte Stirnseite
des Ankersitzes mit diesem Teil zur Auslenkung desselben unmittelbar oder
mittelbar in Wirkverbindung treten kann. Während ein unmittelbarer mechanischer
Kontakt von Ankersitz und dem zu auszulenkenden Teil dann sinnvoll
sein kann, wenn das auszulenkende Teil keine Drehbewegung vollführt, sieht
die Erfindung bei einem sich drehenden auszulenkenden Teil vor,
dass eine Drehentkopplung erfolgt.
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Zur
Realisierung einer solchen Drehentkopplung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass die dem auszulenkenden Teil zugewandte Stirnseite des Ankersitzes
in Wirkverbindung mit beispielsweise einem Ausrücklager ist, welches seinerseits
auf das auszulenkende Teil wirkt.
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Gemäß einer
Weiterbildung dieses Erfindungsaspektes ist vorgesehen, dass die
dem auszulenkenden Teil zugewandte Stirnseite des Ankersitzes axial
an einen Außenring
des Ausrücklagers
anlegbar ist, während
der Innenring des Ausrücklagers mit
seiner von der Gewindemutter wegweisenden Stirnseite an dem auszulenkenden
Teil anliegt.
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Außerdem kann
gemäß der Erfindung
vorgesehen sein, dass im Anschluss an den radial nach innen weisenden
Ringflansch des Ankersitzes an diesem ein Außenringsitz ausgebildet ist,
auf dem der Außenring
des Ausrücklagers
(vorzugsweise begrenzt) axialverschiebbar gelagert ist. Dazu ist
bevorzugt vorgesehen, dass der Außenring des Ausrücklagers
einen radial inneren Axialabschnitt aufweist, mit dem dieser auf
einem Außenringsitz
am Ankersitz axial verschiebbar aufliegt.
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Eine
andere Ausgestaltungsform sieht in diesem Zusammenhang vor, dass
zur Führung
und Drehsicherung des Außenringes
in den gegenüber liegenden
Stirnseiten von Außenring
und Ankersitz einander zugeordnete Boh rungen vorhanden sind, in denen
jeweils ein beide Bauteile mit geringem radialen Spiel verbindender
Stift eingesetzt ist.
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Außerdem kann
vorgesehen sein, dass axial zwischen dem Außenring des Ausrücklagers
und dem Ankersitz eine Entkopplungsfeder angeordnet ist, die eine
Weiterleitung von Axialschwingungen von dem auszulenkenden Teil
in den Aktuator hinein unterbindet. Zudem kann mittels dieser Entkopplungsfeder
erreicht werden, dass diese den Außenring des Ausrücklagers
bei einer Axialbewegung des Ankersitzes weg von dem auszulenkenden
Teil auch dann in einer gewünschten
Position gegenüber
dem Innenring sowie den Innenring in Kontakt mit dem Teil hält, wenn
eine von dem Teil auf den Innenring des Ausrücklagers wirkende Kraft auf
den Wert Null abfällt.
Bevorzugt ist die Entkopplungsfeder als eine Schraubendruckfeder
ausgebildet.
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Um
den Anker über
die gesamte Betriebszeit des Aktuators sicher auf dem Ankersitz
zu fixieren, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass
die Gewinde am Ankersitz und an der Ankermutter selbsthemmend ausgebildet
sind.
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Schließlich beanspruch
die Erfindung auch eine Kraftfahrzeugbetätigungsvorrichtung mit einem Aktuator,
der zumindest einige der vorgenannten Merkmale aufweist, wobei das
mehrfach genannte und von dem Aktuator zu betätigende Teil ein auslenkbares
Bauteil einer Anfahr- und Schaltkupplung bzw. deren Membranfeder,
einer Getriebebremse, eines Schaltgassen- Aktuators oder eines Gang-Aktuators
oder eine Schiebemuffe einer Getriebekoppel- und/oder Getriebesynchronisationseinrichtung
eines automatisierten Schaltgetriebes oder einer Schaltkupplung
an einem Differentialgetriebe ist.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
beigefügt,
in der ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß aufgebauten
Aktuators dargestellt ist.
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In
dieser Zeichnung zeigt:
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1 einen
erfindungsgemäßen Aktuator mit
einer Kugelrampen-Stellvorrichtung
in zum Teil aufgeschnittener perspektivischer Darstellung,
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2 die
Kugelrampen-Stellvorrichtung des Aktuators gemäß 1 in vergrößerter und
separater Darstellung,
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3 eine
Ausschnittvergrößerung aus 1 im
Bereich des Ausrücklagers
des Aktuators und
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4 einen
Querschnitt durch die Kugelrampen-Stellvorrichtung gemäß 2.
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1 zeigt
demnach einen erfindungsgemäß ausgebildeten
elektromotorischen Aktuator 1 in einer perspektivischen
und aufgeschnittenen Darstellung. Das in diesem Ausführungsbeispiel
zu betätigende
Teil ist ein Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere eine Membranfeder 2 einer
Reibkupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung in Verbindung mit
einem automatisierten Schaltgetriebe genutzt wird. Der Aktuator 1 ist
dabei als so genannter Zentralausrücker ausgebildet, welcher die
Reibkupplung in Abhängigkeit
von Steuerungsbefehlen eines nicht dargestellten Steuerungsgerätes öffnet, schließt oder
in bestimmte Schlupfbetriebsstellungen bringt.
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Dazu
verfügt
der Aktuator 1 über
einen Elektromotor 3, der in Abhängigkeit von der jeweiligen
Ansteuerung in zwei Drehrichtungen betrieben werden kann. Dieser
Elektromotor 3 ist mit einem Umlenkgetriebe in Form einer
Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 verbunden, welche die Drehbewegung
des Elektromotors 3 in eine axiale, lineare Bewegung des
Stellgliedes des Aktuators 1 umwandelt, so dass letztlich die
Membranfeder 2 axial ausgelenkt werden kann.
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Nachfolgend
wird auf den konstruktiven Aufbau dieses Aktuators 9 genauer
eingegangen. Der Elektromotor 3 weist in bekannter Bauweise
einen Stator und einen Rotor auf. Der Stator ist durch eine Statorwicklung 37 und
ein diese Wicklung tragendes Statorjoch 15 gebildet. In
dem Statorjoch 15 sind mehrere Bohrungen 41 ausgebildet,
durch die jeweils eine Befestigungsschraube 36 geführt ist.
Letztere sind in Bohrungen eines Befestigungsbleches 16 eingeschraubt,
welches an einem drehfesten Bauteil des Kraftfahrzeuges, wie etwa
an einem Getriebegehäuse,
befestigt ist.
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Mit
radialem Abstand zu der Statorwicklung 37 ist ein Anker 4 des
Elektromotors 3 auf einem drehbaren Bauteil der Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 angeordnet.
Dieses drehbare Bauteil ist als so genannter Ankersitz 5 ausgebildet,
der an seinem membranfederfernen Ende einen radial nach außen weisenden
Ringsflansch 6 und an seinem membranfedernahen Ende einen
radial nach innen weisenden Ringflansch 8 aufweist. In
der radial äußeren Mantelfläche 42 des
Ankersitzes ist im Bereich des radial nach innen weisenden Ringflansches 8 ein
selbsthemmendes Gewinde 10 ausgebildet (siehe 3), auf
das eine Ankermutter 7 mit einem dazu korrespondierendem
Gewinde aufgeschraubt ist. Zwischen der Ankermutter 7 und
dem radial nach außen
weisenden Ringflansch 6 ist der Anker 4 angeordnet
und festgeklemmt.
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Erfindungsgemäß ist dieser
Aktuator 1 nun insbesondere so aufgebaut, dass ein drehbares
Bauteil 43 der Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 mit
dem Anker 4 bzw. dem Ankersitz 5 des Elektromotors 3 drehfest
in Verbindung steht, und unmittelbar oder mittelbar auf das auszulenkende
mechanische Teil 2 wirkt.
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Zur
Realisierung diese Funktionsprinzips sowie zur Erzeilung einer möglichst
großen Übersetzung
zwischen der Drehbewegung des Elektromotors 3 und der gewünschten
axialen Stellbewegung ist gemäß den 1 bis 4 vorgesehen,
dass die Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 mehrere axial
hinterein ander angeordnete Stellringe 11a bis 11f hat, sowie
an einem axialen Ende einen drehbaren Sitzring 43 und an
dem gegenüberliegenden
Ende einen drehfest angeordneten Sitzring 44 aufweist.
Der drehbare Sitzring 43 ist dabei drehfest mit dem Ankersitz 5 und
der drehfest angeordnete Sitzring 44 mit einem gehäusefesten
hohlzylindrischen Führungsrohr 14 verbunden,
wobei letzteres beispielsweise an dem genannten Getriebegehäuse befestigbar
ist.
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Für einen
reibungsarmen Betrieb dieses Aktuators 1 wird bevorzugt,
dass die Stellringe 11a bis 11f radial nicht gelagert
oder zumindest über
ein Gleitlager 34 an wenigstens einer ihrer beiden Radialflächen radial
gelagert sind. In dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 3 ist
das Gleitlager 34 an der radial inneren Mantelfläche des
Ankersitzes 5 ausgebildet oder dort in Form einer Gleitlagerbuchse
radial oberhalb der Stellringe 11a bis 11f befestigt.
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2 und 4 zeigen
die Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 des Aktuators 1 in
separater Darstellung, so dass dessen erfindungsgemäßer Aufbau
deutlich erkennbar ist. Demnach sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sechs Stellringe 11a bis 11f axial hintereinander
angeordnet, während
die axialen Enden dieser Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 auf
der linken Zeichnungsseite durch den ankersitzseitigen Sitzring 43 und
gegenüberliegend
durch den führungsrohrseitigen
Sitzring 44 gebildet sind. Die sechs Stellringe 11a bis 11f weisen
an ihren beiden Stirnseiten jeweils drei Führungsbahnen 12a, 12b, 12c auf,
in denen jeweils eine dort angeordnete Kugel 13a, 13b, 13c abrollen
kann. Im Unterschied dazu sind der drehbare Sitzring 43 sowie
der drehfest angeordnete Sitzring 44 nur einseitig mit
aufeinander zuweisende Führungsbahnen 12a, 12b, 12c für jeweils
eine zugeordnete Kugel 13a, 13b, 13c ausgestattet.
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Die
Führungsbahnen 12a, 12b, 12c der
Stellringe 11a bis 11f und des drehbaren Sitzringes 43 sowie
des drehfest angeordneten Sitzringes 44 weisen über ihre
jeweilige Erstreckung gesehen eine unterschiedliche Tiefe auf, so
dass die Kugeln 13a, 13b, 13c beim Abrollen
in diese Führungsbahnen 12a, 12b, 12c umfangsbezogen
unterschiedlich tief eintauchen. 2 und 4 zeigen,
dass die Führungsbahnen 12a, 12b, 12c rampenförmig ausgebildet
sind.
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Außerdem sind
die axial gegenüberliegenden
Führungsbahnen 12a, 12b, 12c von
zwei benachbarten Stellringen 11a bis 11f bzw.
Stellring 11a, 11f und Sitzring 43, 44 derart
ausgebildet, dass sich deren Führungsbahnen 12a, 12b, 12c radial überdecken.
Unter dem Begriff einer radialen Überdeckung wird verstanden,
dass die Führungsbahnen
bei einer Axialprojektion die gleichen Grenzlinien aufweisen.
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Zudem
sind die axial gegenüberliegenden Führungsbahnen 12a, 12b, 12c so
ausgebildet, dass zur Realisierung des größten axialen Stellweges des Aktuators 1 die
jeweiligen Bereiche 46 mit der geringsten Tiefe und zur
Realisierung des geringsten Stellweges (Stellweg = Null) die jeweiligen
Bereiche 45 mit der größten Tiefe
einander axial gegenüber stehen.
Durch diesen Aufbau ist es möglich,
dass der Ankersitz 5 mittels der Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 axial
verschiebbar auf dem Führungsrohr 14 angeordnet
ist.
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Bei
einer Bestromung des Elektromotors 3 zur Auslenkung der
Membranfeder 2 durch den Aktuator 1 wird dessen
Anker 4 angetrieben, so dass sich dieser dreht. Da der
Anker 4 mit dem Ankersitz 5 drehfest verbunden
ist, dreht sich auch der Ankersitz 5 und der an dem Ankersitz
festgeklemmte Sitzring 43. Die Drehung dieses ankersitzseitigen
Sitzringes 43 bewirkt durch die Bewegung von dessen zu
den Stellringen 11a bis 11f weisenden Führungsbahnen 12a, 12b und 12c eine
Rollbewegung der in diesen Führungsbahnen 12a, 12b, 12c angeordneten
Kugeln 13a, 13b, 13c in Richtung zu dem
Führungsbahnbereich 46 mit
der geringsten Tiefe. Die Kugeln 13a, 13b, 13c rollen
demnach auch in den Führungsbahnen 12a, 12b, 12c des
axial nächsten
Stellringes 11a ab, so dass die Kugeln 13a, 13b, 13c den
Sitzring 43 und den Stellring 11a auseinander
treiben.
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Da
der Stellring 11a ebenso wie alle anderen axial folgenden
Stellringe 11a bis 11f und der führungsrohrseitige
Sitzring 44 am Führungsrohr 14 sowie
letztlich gehäusefest
axial gelagert sind, wirkt eine Axialkraft über den ankersitzseitigen Sitzring 43 auf
den Ankersitz 5, welche letzteren in den 1 bis 4 nach
links, also weg von dem führungsrohrseitige
Sitzring 44 und hin zu der auszulenkenden Membranfeder 2 bewegt.
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Sobald
die Kugeln 13a, 13b, 13c das Ende der
Führungsbahnen 12a, 12b, 12c des
ankersitzseitigen Sitzringes 43 und des ersten Stellringes 11a mit der
geringsten Tiefe 46 erreicht haben, blockieren diese bei
einer weiteren gleichsinnigen Drehbewegung des Sitzringes 43,
so dass der erste Stellring 11a nun zusammen mit dem Sitzring 43 als
Block gemeinsam gedreht werden. Dadurch rollen die Kugeln 13a, 13b, 13c des
in Richtung zum führungsrohrseitigen
Sitzring 44 axial nächsten
Kugelsatzes auch in den Führungsbahnen 12a, 12b, 12c des
axial nächsten
Stellringes 11b in Richtung zu dessen geringste Führungsbahntiefe 46 ab,
so dass wie gerade beschrieben eine weitere Axialkraft auf den ankersitzseitigen
Sitzringes 43 und den Ankersitz 5 wirkt. Diese
Axialkraft treibt den Ankersitz 5 weiter in Richtung zu
der auszulenkenden Membranfeder 2. Dieser Vorgang geht
so lange weiter, wie der Elektromotor 3 mit dem gleichen
Drehsinn betrieben wird. Der maximale Stellweg in Richtung zur Membranfeder 2 wird
jedoch dann erreicht, wenn sich alle Kugeln 13a, 13b, 13c an
den jeweiligen Stellringen 11a bis 11f und den
beiden Sitzringen 43, 44 im Führungsbahnbereich 46 mit
der geringsten Tiefe befinden.
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Die
beschriebene Kugelrampen-Stellvorrichtung 27 verfügt mit ihren
sechs Stellringen 11a bis 11f und ihren beiden
endseitigen Sitzringen 43 und 44 über insgesamt
vierzehn stellwirksame Führungsbahnseiten
mit jeweils drei Führungsbahnen 12a, 12b, 12c.
Die Führungsbahnen
weisen einen Erstreckungswinkel von jeweils vorzugsweise 100° sowie eine
verstellwirksame Tiefendifferenz von jeweils 2,5 mm auf. Dadurch
ergibt sich ein maximal möglicher Stellweg
von 35 mm.
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Wie
die 1 und 3 verdeutlichen, ist zwischen
der Ankermutter 7 und dem Anker 4 ein Sensorrad 17 mit
einer sensierbaren Profilierung 18 über einen radialen Klemmabschnitt 19 des
Sensorrades festgelegt ist. Ausgehend von dem Klemmabschnitt 19 weist
das Sensorrad 17 einen ersten Axialabschnitt 20 auf,
der die Ankermutter 7 sowie den Ankersitz 5 axial
zumindest teilweise überdeckt, und
so eine gewisse Schutzfunktion für
diesen Bereich ausübt.
Ausgehend von diesem ersten Axialabschnitt 20 folgt ein
Radialabschnitt 21, an den sich ein den ersten Axialabschnitt 20 überdeckender
zweiter Axialabschnitt 22 des Sensorrades 17 anschließt, welcher
die sensierbare Profilierung 18 aufweist.
-
Die
Profilierung 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausstanzungen
in dem zweiten Axialabschnitt 22 des Sensorrades 17 gebildet,
welche umfangsbezogen hintereinander angeordnet sind.
-
An
dem Stator-Befestigungsblech 16 ist ein Distanzring 24 sowie
daran ein Sensorträgerblech 23 befestigt,
welches die Profilierung des Sensorrades 17 axial zumindest
teilweise überdeckt.
An dem Sensorträgerblech 23 ist
ein Sensorhalter 26 ausgebildet, an dem ein Drehzahlsensor
bzw. Drehwinkelsensor 25 befestigt ist. Dieser Sensor 25 weist
mit seiner sensorisch empfindlichen Seite zu der Profilierung 18 des
Sensorrades 17, so dass ein Vorbeibewegen dieser Profilierung 18 Sensorsignale
auslöst,
welche dem nicht dargestellten Steuerungsgerät zugeführt werden. Mit Hilfe dieser
Sensorsignale erstellt das Steuerungsgerät Steuerungsbefehle zur Drehrichtung
und zur Aktivierung oder zur Stillsetzung des Elektromotors 3,
so dass der axiale Stellweg des Aktuators 1 sehr genau
einstellbar ist. Zwischen dem Stator-Befestigungs blech 16 und
der Ankerwicklung 37 ist ein Aufnahmeraum 40 für elektrische
Kabel des Elektromotors 3 ausgebildet.
-
Der
bis hierher beschriebene konstruktive Aufbau des Aktuators 1 reicht
an sich aus, um mit diesem Kraftfahrzeugteile, wie etwa die dargestellte Membranfeder 2,
bewegen zu können.
Dazu muss lediglich die Stirnseite des radial nach innen weisenden
Ringflansches 8 axial gegen ein solches Kraftfahrzeugteil
wirken und/oder mit dieser kraftschlüssig verbunden sein. Eine solche
Nutzung des Aktuators 1 ist beispielsweise dann sinnvoll,
wenn das auszulenkende Kraftfahrzeugteil keine Drehbewegung vollführt. Zur
Auslenkung von drehenden Teilen ist dagegen eine Drehentkopplung
zum Aktuator 1 notwendig, welche nachfolgend beschrieben
wird.
-
Zur
Drehentkopplung ist zwischen der zu betätigenden sowie mit der Drehzahl
des Kraftfahrzeug-Antriebsmotors drehenden Membranfeder 2 und
dem Ankersitz 5 ein Ausrücklager 28 am Aktuator 1 angeordnet,
welches in diesem Ausführungsbeispiel
als einreihiges Schrägkugellager
ausgebildet ist, bei dem zwischen einem Außenring 29 und einem Innenring 31 Lagerkugeln 30 angeordnet
sind.
-
Zur Übertragung
einer von dem Ankersitz 5 Stellbewegung des Ankersitzes 5 über das
Ausrücklager 28 auf
die Membranfeder 2 ist die der Membranfeder 2 zugewandte
Stirnseite des Ankersitzes 5 axial an den Außenring 29 des
Ausrücklagers 28 anlegbar,
während
der Innenring 31 des Ausrücklagers 28 mit seiner
von der Gewindemutter 5 wegweisenden Stirnseite 32 an
der Membranfeder 2 anliegt.
-
Zur
verliersicheren Lagerung des Ausrücklagers 28 an dem
Aktuator 1 ist der Ankersitz 5 an seinem ausrücklagerseitigen
Ende in besonderer Weise ausgebildet. So ist vorgesehen, dass im
Anschluss an den radial nach innen weisenden Ringflansch 8 des
Ankersitzes 5 ein Außenringsitz 9 ausgebildet
ist, auf dessen radial äußeren Mantelfläche 50 der
Außenring 29 des
Ausrücklagers 28 mit
einem radial inneren Axialabschnitt 33 aufliegt und dort
begrenzt axial verschiebbar ist.
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Zur
Führung
und Drehsicherung des Außenringes 29 auf
diesem Außenringsitz 9 sind
in den gegenüberliegenden
Stirnseiten von Außenring 29 und Ankersitz 5 einander
zugeordnete Bohrungen 47 bzw. 48 vorhanden, in
denen jeweils ein beide Bauteile verbindender Stift 39 eingesetzt
ist. Diese Stifte 39 sind vorzugsweise in den Ankersitz 5 verliersicher eingepresst
und in der jeweiligen Bohrung 47 im Außenring 29 mit geringem
radialem Spiel eingesteckt.
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Insbesondere
zur Vermeidung der Weiterleitung von Schwingungen von der Antriebsmaschine, etwa
einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges, in den Aktuator 1 hinein
dient eine axial zwischen dem Außenring 29 des Ausrücklagers 28 und
dem Ankersitz 5 angeordnete Entkopplungsfeder 35.
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Wie
vor allem in 3 erkennbar ist, ist diese Entkopplungsfeder 35 radial
unterhalb der Stifte 39 angeordnet. Sie stützt sich
mit ihrem einen axialen Ende an der zum Ausrücklager 28 weisenden
Stirnseite des Ankersitzes 5 bzw. an dessen radial nach innen
weisenden Ringflansch 8 ab, und liegt mit ihrem anderen
axialen Ende in einer axialen Ringnut 49, welche in dem
Außenring 29 ausgebildet
ist.
-
Die
Entkopplungsfeder 35 dient außerdem dem Zweck, dass diese
den Außenring 29 bei
einer Axialbewegung des Ankersitzes 5 weg von der Membranfeder 2 auch
dann in einer gewünschten
Position gegenüber
dem Innenring 31 sowie den Innenring 31 in Kontakt
mit der Membranfeder 2 hält, wenn eine von der Membranfeder 2 auf
den Innenring 31 des Ausrücklagers 28 winkende
Kraft F auf den Wert Null abfällt.
-
- 1
- Elektromotorischer
Aktuator
- 2
- Mechanisches
Teil, Membranfeder
- 3
- Elektromotor
- 4
- Rotor,
Anker
- 5
- Ankersitz
- 6
- Nach
außen
weisender Ringflansch
- 7
- Ankermutter
- 8
- Nach
innen weisender Ringflansch
- 9
- Außenringsitz
am Ankersitz
- 10
- Außengewinde
am Ankersitz
- 11
- Stellring
- 12
- Führungsbahn
- 13
- Stellringkugel
- 14
- Führungsrohr
- 15
- Statorjoch
- 16
- Stator-Befestigungsblech
- 17
- Sensorrad
- 18
- Profilierung
des Sensorrades
- 19
- Klemmabschnitt
des Sensorrades
- 20
- Erster
Axialabschnitt des Sensorrades
- 21
- Radialabschnitt
des Sensorrades
- 22
- Zweiter
Axialabschnitt des Sensorrades
- 23
- Sensorträgerblech,
Gehäuse
- 24
- Distanzring
- 25
- Drehzahlsensor,
Drehwinkelsensor
- 26
- Sensorträger
- 27
- Kugelrampen-Stellvorrichtung
- 28
- Ausrücklager
- 29
- Außenring
des Ausrücklager
- 30
- Kugel
des Ausrücklagers
- 31
- Innenring
des Ausrücklagers
- 32
- Stirnseite
des Innenringes des Ausrücklagers
- 33
- Radial
innerer Axialabschnitt des Außenringes
- 34
- Gleitlager
- 35
- Entkopplungsfeder
- 36
- Schraube
am Statorjoch
- 37
- Statorwicklung
- 38
- Bohrung
im Stator-Befestigungsblech
- 39
- Stift
am Außenring
- 40
- Kabelaufnahmeraum
- 41
- Bohrung
im Statorjoch
- 42
- Ausrücklagernahe
Mantelfläche
am Ankersitz
- 43
- Ankersitzseitiger
Sitzring
- 44
- Führungsrohrseitiger
Sitzring
- 45
- Bereich
größter Tiefe
einer Führungsbahn
- 46
- Bereich
geringster Tiefe einer Führungsbahn
- 47
- Bohrung
im Außenring
des Ausrücklagers
- 48
- Bohrung
im Ankersitz
- 49
- Ringnut
im Außenring
- 50
- Mantelfläche des
Ankersitzes
- F
- Kraft
des auszulenkenden Teils auf das Ausrücklager