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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorvorrichtung zur Erzeugung einer longitudinalen Stellbewegung zur Schaltung eines Schaltelements, umfassend einen innerhalb eines Aktuatorgehäuses angeordneten Elektromotor mit einem zumindest mittelbar am Aktuatorgehäuse stationär festgelegten Stator und einem relativ dazu drehbaren Rotor. Die Aktuatorvorrichtung umfasst ferner einen Gewindetrieb mit einer drehantreibbaren und axialfesten Gewindemutter und einer entlang der Gewindemutter axial verschieblichen und drehfesten Gewindespindel.
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Aus der
DE 10 2006 049 274 A1 geht eine Vorrichtung zum Betätigen eines drehbar auf einer Welle gelagerten Bauteiles, insbesondere eines als Losrad ausgeführten Zahnrades einer Getriebeeinrichtung hervor. Das Bauteil ist über wenigstens eine einen elektrischen Aktor aufweisende Zuschalteinrichtung in einen zugeschalteten Zustand überführbar, zu dem das Bauteil mit der Welle drehfest verbunden ist, wobei das Bauteil aus dem Inneren der Welle heraus mit der zum Zu- oder Abschalten erforderlichen Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Der wenigstens eine elektrische Aktor ist wenigstens teilweise im inneren der Welle angeordnet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Aktuatorvorrichtung zur Erzeugung einer longitudinalen Stellbewegung insbesondere kompaktbauend auszubilden sowie eine hohe Leistungsdichte zu erzielen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Aktuatorvorrichtung zur Erzeugung einer longitudinalen Stellbewegung zur Schaltung eine Schaltelements umfasst einen innerhalb eines Aktuatorgehäuses angeordneten Elektromotor mit einem zumindest mittelbar am Aktuatorgehäuse stationär festgelegten Stator und einem relativ dazu drehbaren Rotor, wobei der Rotor drehfest mit einem Rotorträger verbunden ist, der über ein Festlager zumindest mittelbar gegenüber dem Aktuatorgehäuse abgestützt ist, wobei die Aktuatorvorrichtung ferner einen Gewindetrieb mit einer drehantreibbaren und axialfesten Gewindemutter und einer entlang der Gewindemutter axial verschieblichen und verdrehgesicherten Gewindespindel umfasst, wobei die Gewindemutter drehfest mit dem Rotorträger verbunden und zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Festlagers angeordnet ist, und wobei das Festlager dazu ausgebildet ist, Axialkräfte aus dem Gewindetrieb am Aktuatorgehäuse abzustützen.
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Der Gewindetrieb, auch Spindeltrieb genannt, ist im Elektromotor der Aktuatorvorrichtung integriert, wobei der drehfest mit dem Rotor verbundene Rotorträger zusammen mit der drehfest damit verbundenen Gewindemutter relativ zum Stator rotiert. Die Gewindemutter kann beispielsweise einteilig mit dem Rotorträger verbunden sein oder zumindest mittelbar drehfest mit dem Rotorträger verbunden werden, insbesondere durch geeignete Anordnung von Sicherungselementen. Durch die Rotation des Rotorträgers zusammen mit der Gewindemutter wird die Gewindespindel in eine axiale Bewegung versetzt, ohne dabei bezogen auf das Aktuatorgehäuse zu rotieren. Dabei werden die Axialkräfte, die auf den Gewindetrieb und insbesondere auf die Gewindespindel einwirken, direkt von der Gewindespindel über die Gewindemutter in das Festlager geleitet, welches sich axial am Aktuatorgehäuse abstützt. Die Axialkräfte resultieren aus Stellkräften, die auf das durch die Aktuatorvorrichtung betätigbare Stellelement einwirkt.
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Das Festlager ist axial sowie radial gegenüber dem Aktuatorgehäuse abgestützt. Mit anderen Worten werden über das Festlager radiale und insbesondere axiale Kräfte aus dem Gewindetrieb aufgenommen und in das Aktuatorgehäuse eingeleitet. Unter dem Begriff „zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Festlagers“ ist zu verstehen, dass die Gewindemutter zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge innerhalb eines Lagerinnenrings des Festlagers angeordnet ist. Dadurch wird die Aktuatorvorrichtung insbesondere in axialer Richtung kompakt gebaut und spart somit axialen Bauraum ein, wobei die Axialkräfte unmittelbar von der Gewindemutter über das Festlager in das Aktuatorgehäuse weitergeleitet werden.
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Die relativ zur Gewindemutter axial verlagerbare Gewindespindel endet vorzugsweise innerhalb der Aktuatorvorrichtung. Mit anderen Worten steht die Gewindespindel mit einem Ende aus der Aktuatorvorrichtung hervor, wobei dieses Ende mit einem Federgehäuse zur Betätigung des Schaltelements wirkverbunden ist. Das jeweils andere Ende verbleibt stets radial innerhalb der Aktuatorvorrichtung.
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Vorzugsweise ist der Gewindetrieb ein Kugelgewindetrieb, wobei räumlich zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter eine Vielzahl von Kugeln in entsprechenden Laufbahnen geführt sind. Mit anderen Worten weist sowohl die Gewindespindel als auch die Gewindemutter wenigstens eine jeweilige wendelförmige oder schraubenförmig gewundene Laufbahn auf, wobei zwischen der Laufbahn der Gewindemutter und der Laufbahn der Gewindespindel Kugeln des Kugelgewindetriebs ein- oder mehrgängig geführt sind.
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Vorzugsweise umfasst der Kugelgewindetrieb eine Kugelrückführung. Mithin weist der Kugelgewindetrieb eine Kugelrückführungskanal auf, mittels dessen ein Kugelkreislauf des Kugelgewindetriebs realisiert wird. Anders gesagt werden die Kugeln unabhängig von einer Drehrichtung der Gewindemutter endlos geführt. Indem die Gewindemutter zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Festlagers angeordnet ist, wird erreicht, dass ein Kugelrückführungskanal des Kugelgewindetriebs ebenfalls zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Festlagers angeordnet ist. Die Anordnung der Gewindemutter relativ zum Festlager bewirkt, dass der Kugelrückführungskanal vor einem Herausfallen aus dem Gewindetrieb gesichert wird. Mit anderen Worten ist der Kugelkreislauf ebenfalls zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Festlagers angeordnet.
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Alternativ ist der Gewindetrieb ein Gleitgewindetrieb. In diesem Fall ist die Gewindespindel des Gleitgewindetriebs mit einem im Vergleich zum Kugelgewindetrieb schlanken Körper ausgeführt. Gleichzeitig weist die Gewindespindel eine vergleichsweise hohe Länge auf, wobei mehrere Gewindegänge der Gewindespindel und der Gewindemutter miteinander in Eingriff stehen, sodass eine Flächenpressung pro Gewindegang reduziert wird.
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Bevorzugt ist der Rotorträger zumindest mittelbar über ein Loslager gegenüber dem Aktuatorgehäuse abgestützt. Neben dem Festlager ist somit ein zweites Lagerelement, nämlich das Loslager in der Aktuatorvorrichtung integriert. Das Loslager ist je nach Anforderungen an die Aktuatorvorrichtung beispielsweise als Gleitlager oder als Wälzlager ausgeführt.
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Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst der Rotor mindestens ein magnetisches Element, das positionsfest am Rotorträger angeordnet ist. Bei Betätigung des Elektromotors wird der aus dem wenigstens einen vormagnetisierten Element bestehende Rotor in eine Rotationsbewegung relativ zum Stator versetzt, wobei der Rotor zusammen mit dem Rotorträger und der Gewindemutter rotiert, sodass die Gewindespindel in eine longitudinale Bewegung relativ zur Gewindemutter und dem Aktuatorgehäuse versetzt wird. Dazu ist der Rotor derart am Rotorträger befestigt, dass eine Relativbewegung verhindert wird. Insbesondere ist der Rotor durch Kleben stoffschlüssig mit dem Rotorträger verbunden. Auch eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen Rotor und Rotorträger ist denkbar.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine magnetische Element ringförmig, hülsenförmig und/oder stabförmig ausgebildet. Indem das mindestens eine magnetische Element als Blechpaket ausgebildet wird, kann eine Führung der magnetischen Feldlinien unterstützt werden. Je nach erforderlicher Leistungsfähigkeit des Elektromotors kann der Rotor auch aus zwei oder mehreren magnetischen Elementen bestehen. Blechpakete bestehen aus einer Vielzahl von scheibenartigen Blechen, die in axialer Richtung gestapelt angeordnet und am Rotorträger befestigt sind. Der Rotor kann ferner aus mehreren ringförmigen oder hülsenförmigen magnetischen Elementen bestehen, die ebenfalls in axialer Richtung gestapelt am Rotorträger angeordnet und befestigt, insbesondere angeklebt sind. Stabförmige magnetische Elemente erstrecken sich im Wesentlichen in axialer Richtung, also parallel zur Rotationsachse des Rotors, wobei die stabförmigen Elemente umlaufend an der Außenumfangsfläche des Rotorträgers benachbart zueinander angeordnet sind. Mittels stabförmiger magnetischer Elemente, die gemeinsam den Rotor bilden, werden insbesondere starke Elektromotoren im Vergleich zu hülsenförmigen Rotoren realisiert.
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Vorzugsweise ist das Festlager mittels eines Sicherungselements axialfest am Aktuatorgehäuse angeordnet. Das Sicherungselement kann dabei als Ring oder als Scheibe ausgebildet sein, das in einer Nut des Rotorträgers oder des Axialgehäuses angeordnet ist und das Festlager axial festsetzt. Alternativ ist denkbar, dass das Festlager durch Umformen der das Festlager aufnehmenden Bauteile axialfest gegenüber dem Aktuatorgehäuse angeordnet werden kann, beispielsweise durch plastische Umformung des Aktuatorgehäuses und/oder der Gewindemutter bzw. des Rotorträgers.
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Bevorzugt ist das Sicherungselement radial innerhalb eines Wickelkopfes des Elektromotors angeordnet. Durch Bestromung des Wickelkopfes wird der Elektromotor in bekannter Weise betätigt, sodass der Rotor gegenüber dem Stator rotiert. Durch Anordnung des Sicherungselements radial innerhalb des Wickelkopfes wird insbesondere die Baulänge der Aktuatorvorrichtung reduziert, sodass sich diese Maßnahme vorteilhaft auf die Kompaktheit der Aktuatorvorrichtung auswirkt.
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Ferner bevorzugt steht die Gewindespindel in Wirkverbindung mit einer Axialfeder, die in einem Federhalter eines gegenüber dem Aktuatorgehäuse drehfesten Federgehäuses angeordnet ist. Die vorgespannte Axialfeder dient dazu, das Federgehäuse in eine axiale Stellbewegung vorzuspannen, um mittels des Federgehäuses ein Schaltelement, insbesondere eine Schaltklaue zu betätigen. Mit anderen Worten steht das Federgehäuse mit der Schaltklaue in Wirkverbindung. Die Axialfeder kann beispielsweise als Tellerfederpaket ausgebildet sein und wirkt vorzugsweise symmetrisch, das heißt sie wird bei Zug- oder Drucklast gleichgerichtet verformt.
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Des Weiteren bevorzugt ist der Federhalter drehfest mit der Gewindespindel verbunden, wobei der Federhalter relativ zum Federgehäuse verdrehgesichert ist. Der Federhalter kann beispielsweise einteilig mit der Gewindespindel verbunden sein. Ferner kann der Federhalter an dessen Außenumfangsfläche wenigstens einen radialen Vorsprung aufweisen, der in eine komplementär dazu ausgebildete axiale Nut des Federgehäuses zumindest teilweise eingreift und in axialer Richtung entlang des Federgehäuses geführt ist, um eine axiale Bewegung des Federhalters relativ zum Federgehäuse entsprechend dem Federweg der Axialfeder zu ermöglichen und eine Vorspannung des Federgehäuses zu realisieren. Die Verdrehsicherung der Gewindespindel wird vorzugsweise durch das Federgehäuse realisiert, welche drehfest gegenüber dem Aktuatorgehäuse ist.
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Vorzugsweise ist ein Innenraum des Aktuatorgehäuses gegenüber einer Außenatmosphäre fluidabgedichtet. Des Weiteren ist das Festlager und/oder der Gewindetrieb bevorzugt von dieser Fluidabdichtung ausgenommen. Durch die beim axialen Verfahren der Gewindespindel im Inneren des Aktuators entstehenden Druckunterschiede wird ein Schmiermittel, insbesondere ein Schmieröl von außerhalb der Aktuatorvorrichtung zum Festlager und/oder zur Gewindemutter angesaugt. Mit anderen Worten entsteht ein Unterdruck in der Aktuatorvorrichtung, der das Schmiermittel zu den zu schmierenden Elementen der Aktuatorvorrichtung fördert. Ferner können am Festlager und/oder an der Gewindemutter sogenannte Deckscheiben vorgesehen sein, die die zu schmierenden Elemente vor grober Verunreinigung schützen.
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Bevorzugt ist eine Leiterplatte zur zumindest mittelbaren Verschaltung des Elektromotors vorgesehen. Die Leiterplatte ist zur Verschaltung von Wickelungsdrähten des Elektromotors bzw. des wenigstens einen Wickelkopfes des Elektromotors vorgesehen. Vorzugsweise ist die Leiterplatte auf der nichtabtriebsseitigen Seite, das heißt auf einer dem Federgehäuse gegenüberliegenden Seite der Aktuatorvorrichtung angeordnet.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist an der Leiterplatte wenigstens ein Sensor zur Erkennung einer Drehlage des Elektromotors angeordnet. Beispielsweise ist an der Leiterplatte mindestens ein Hall-Sensor angeordnet, um die Kommutierung des Elektromotors zu bewirken sowie um dessen Winkellage zu sensieren. Auch weitere Sensortypen, welche in der Lage sind, eine Dreh- bzw. Winkellage des Rotors relativ zum Stator zu bestimmen, sind denkbar.
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Bevorzugt weist die Leiterplatte eine zentrische Öffnung auf, durch die ein Lagerzapfen zur Aufnahme des Loslagers zur Abstützung des Rotorträgers gegenüber dem Aktuatorgehäuse hindurchgeführt ist. Der Lagerzapfen ist zumindest mittelbar drehfest mit dem Aktuatorgehäuse verbunden, wobei das Loslager auf dem Lagerzapfen läuft und somit den Rotorträger drehbar gegenüber dem Lagerzapfen und dem Aktuatorgehäuse lagert.
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Im Folgenden werden drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
- 3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Gemäß 1 bis 3 umfasst eine Aktuatorvorrichtung 1 zur Erzeugung einer longitudinalen Stellbewegung zur Schaltung eines - hier nicht gezeigten - Schaltelements einen innerhalb eines Aktuatorgehäuses 2 angeordneten Elektromotor 3 mit einem am Aktuatorgehäuse 2 stationär festgelegten Stator 4. Relativ zum Stator 4 ist ein Rotor 5 drehbar angeordnet, der drehfest mit einem Rotorträger 6 verbunden ist. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der Rotor 5 am Außenumfang des Rotorträgers 6 angeklebt, das heißt stoffschlüssig mit einem Rotorträger 6 verbunden.
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Der Rotor 5 umfasst mindestens ein magnetisches Element 15, das insbesondere vormagnetisiert ist und positionsfest am Rotorträger 6 angeordnet ist. Das magnetische Element 15 kann beispielsweise ringförmig oder stabförmig ausgebildet sein und je nach Anforderung in Wirkverbindung mit einem Blechpaket wirken. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist das magnetische Element 15 hülsenförmig ausgebildet, wobei in 1 und 2 jeweils zwei hülsenförmige, magnetische Elemente 15 zur Ausbildung des Rotors 5 vorgesehen sind. In 3 besteht der Rotor 5 aus einem einzigen hülsenförmigen magnetischen Element 15.
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Die Aktuatorvorrichtung 1 umfasst ferner einen Gewindetrieb 8 mit einer drehantreibbaren und axialfesten Gewindemutter 9 und einer entlang der Gewindemutter 9 axial verschieblichen und verdrehgesicherten Gewindespindel 10, wobei die Gewindemutter 9 drehfest mit dem Rotorträger 6 verbunden ist.
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Die Gewindemutter 9 ist im Wesentlichen radial innerhalb eines Festlagers 7 angeordnet, welches dazu vorgesehen ist, den Rotorträger 6 über die Gewindemutter 9 und das Festlager 7 axial und radial am Aktuatorgehäuse 2 abzustützen. Anders gesagt werden Axialkräfte aus dem Gewindetrieb 8 über das Festlager 7 in das Aktuatorgehäuse 2 geleitet. Ferner ist der Rotorträger 6 über ein Loslager 12 gegenüber dem Aktuatorgehäuse 2 abgestützt, wobei das Loslager 12 dazu auf einem gehäusefesten Lagerzapfen 26 läuft. Das Festlager 7 besteht aus einem Lagerinnenring 7a und einem Lageraußenring 7b, wobei der Lagerinnenring 7a drehfest mit dem Rotorträger 6 verbunden ist, und wobei der Lageraußenring 7b ortsfest am Aktuatorgehäuse 2 angeordnet ist. Zwischen dem Lagerinnenring 7a und dem Lageraußenring 7b ist eine Vielzahl von Wälzkörpern 29 angeordnet. Das Festlager 7 ist vorliegend als Kugellager ausgebildet, das sowohl Radial- als auch Axialkräfte überträgt.
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Ein Innenraum 19 des Aktuatorgehäuses 2 ist gegenüber einer Außenatmosphäre fluidabgedichtet ist. Eine Schmierung der Gewindemutter und/oder des Festlagers 7 und/oder des Loslagers 12 erfolgt dabei durch Erzeugung eines Druckunterschieds aus einer axialen Verlagerung der Gewindespindel 10 relativ zum Aktuatorgehäuse 2.
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Die Gewindespindel 10 ist einteilig, das heißt drehfest mit einem Federhalter 18 verbunden, wobei der Federhalter 18 eine als Tellerfederpaket ausgebildete Axialfeder 17 aufnimmt, welche unabhängig von einer Zug- oder Druckbelastung der Axialfeder 17 symmetrisch, das heißt gleichgerichtet verformt. Mithin steht die Gewindespindel 10 in Wirkverbindung mit der Axialfeder 17, die im Federhalter 18 eines gegenüber dem Aktuatorgehäuse 2 drehfesten Federgehäuses 16 angeordnet ist. Die Axialfeder 17 ist vorliegend einerseits axial am Federhalter 18 und andererseits axial an einem Sicherungsring 24 des Federgehäuses 16 abgestützt. Der Federhalter 18, der drehfest mit der Gewindespindel 10 verbunden ist, ist relativ zum Federgehäuse 16 verdrehgesichert, wobei dazu am Federhalter 18 radiale Vorsprünge 22 angeformt sind, die in Nuten 23 des Federgehäuses 16 axial geführt sind. Das Federgehäuse 16 weist wiederum - hier nicht näher beschriebene und gezeigte - Mittel zur Betätigung einer Schaltklaue auf.
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Bei Betätigung der Aktuatorvorrichtung 1 erfolgt durch die Rotation des Rotorträgers 6 eine axiale Verlagerung der Gewindespindel 10, welche abhängig von einer eventuellen Gegenkraft eine axiale Verformung der Axialfeder 17 zur Folge haben kann. Je nach Gegenkraft der Schaltklaue wird das Federgehäuse 16 durch die Axialfeder 17 vorgespannt. Dies ist beispielsweise bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klaue der Fall. Nach Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung, das heißt sobald an der Klaue der Zahn auf eine Zahnlücke zwischen zwei Zähnen trifft, entspannt sich die Axialfeder 17 und die Klaue greift in die Zahnlücke ein.
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An einer dem Federgehäuse 16 gegenüberliegenden Seite der Aktuatorvorrichtung 1 ist eine Leiterplatte 20 am Aktuatorgehäuse 2 angeordnet. Die Leiterplatte 20 ist dazu eingerichtet den Elektromotor 3, insbesondere Wickelköpfe 25 des Elektromotors 3 zu verschalten. An einer dem Rotor 5 zugewandten Seite der Leiterplatte 20 sind drei als Hall-Sensoren ausgebildete Sensoren 21 angeordnet, die eine Drehlage des Elektromotors 3, das heißt eine Winkellage des Rotors 5 relativ zum Stator 4 detektieren können, wobei der Rotor 5 bzw. der oder die magnetischen Elemente 15 des Rotors 5 als Signalgeber für die Sensoren 21 dient bzw. dienen. Die Hall-Sensoren bewirken ferner die Kommutierung des Elektromotors 3.
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Durch eine zentrische Öffnung 36 an der Leiterplatte 20 ist der gehäusefeste Lagerzapfen 26 koaxial hindurchgeführt, der zur Aufnahme des Loslagers 12 vorgesehen ist, sodass der Rotorträger 6 nicht nur über das Festlager 7, sondern auch über das Loslager 12 gegenüber dem Aktuatorgehäuse 2 abgestützt ist.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung 1. Der Gewindetrieb 8 ist als Kugelgewindetrieb ausgebildet, wobei räumlich zwischen der Gewindespindel 10 und der Gewindemutter 9 eine Vielzahl von Kugeln 11 geführt sind. Radial innerhalb der Gewindemutter 9 ist ferner eine - hier nicht gezeigte - Kugelrückführung angeordnet, wobei durch eine derartige Anordnung der Kugelrückführung ein Herausfallen der Kugelrückführung durch die Gewindemutter 9 verhindert wird. Der Lagerinnenring 7a des Festlagers 7 ist ferner am Rotorträger 6 integriert, das heißt er ist einteilig damit verbunden.
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Die Gewindespindel 10 macht bei einer Drehbewegung der Gewindemutter 9 eine reine Axialbewegung, ohne dabei gegenüber dem Aktuatorgehäuse 2 eine Drehbewegung durchzuführen. Von dem Federhalter 18 aus wird die Axialkraft über die vorgespannte Axialfeder 17 zum Federgehäuse 16 und damit zum Aktuatorausgang geleitet. Unabhängig von der Bewegungsrichtung der Gewindespindel 10, das heißt unabhängig davon, ob die Aktuatorkraft nach links oder nach rechts wirkt, wird die Axialfeder 17 in derselben Richtung belastet. Das Federgehäuse 16 ist wiederum mittels - hier nicht gezeigter - Mittel drehfest zu einem Gehäuse angeordnet.
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Der Lageraußenring 7b des Festlagers 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer umlaufenden Vertiefung 28 am Aktuatorgehäuse 2 aufgenommen. Während der Montage des Festlagers 7 kommt der Lageraußenring 7b mit einer ersten Stirnfläche axial am Aktuatorgehäuse 2 zur Anlage, wobei ein im Bereich der zweiten Stirnfläche ausgebildeter Abschnitt des Aktuatorgehäuses durch Umformung zu einem sich radial erstreckenden Gehäuseabschnitt 27 plastisch verformt wird, sodass das Festlager 7 axialfest gegenüber dem Aktuatorgehäuse 2 angeordnet ist.
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Das Loslager 12 ist vorliegend als Nadellager ausgebildet, wobei die Nadeln 32 des Loslagers 12 am Lagerzapfen 26 sowie an einem Außenring 33, welcher in den Rotorträger 6 eingepresst ist, abrollen.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktuatorvorrichtung 1. Der Gewindetrieb 8 ist analog zu 1 ausgebildet. Die Betätigung der Gewindespindel 10 und damit einhergehend die Betätigung des Federgehäuses 16 zur Schaltung der Schaltklaue erfolgt ebenfalls analog zu 1.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Lageraußenring 7b des Festlagers 7 ebenfalls in einer umlaufenden Vertiefung 28 am Aktuatorgehäuse 2 aufgenommen. Während der Montage des Festlagers 7 wird dieses an einer gewünschten axialen Position am Aktuatorgehäuse 2 positioniert, wobei im Anschluss beiderseits des Festlagers 7 eine plastische Verformung des Aktuatorgehäuses 2 erfolgt, um den Lageraußenring 7b relativ zum Aktuatorgehäuse 2 axial festzusetzen. Der Lagerinnenring 7a des Festlagers 7 ist an der Gewindemutter 9 axial festgelegt, wobei die Gewindemutter 9 eine Aufkantung 30 aufweist, an der der Lagerinnenring 7a während der Montage zur Anlage kommt. An der der Aufkantung 30 gegenüberliegenden Seite des Lagerinnenrings 7a ist eine umlaufende Nut 31 an der Gewindemutter 9 ausgebildet, in die ein als Sicherungsring ausgebildetes Sicherungselement 13 eingreift, um den Lagerinnenring 7a axialfest zum Rotorträger 6 bzw. zur Gewindemutter 9 anzuordnen. Vorliegend ist zur zusätzlichen Einsparung axialen Bauraums das Sicherungselement 13 derart ausgeformt, dass es radial innerhalb eines Wickelkopfes 25 des Elektromotors 3 angeordnet ist.
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Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 1 ist das Loslager 12 vorliegend als Kugellager ausgebildet, wobei das Kugellager einerseits am Aktuatorgehäuse 2 abgestützt ist und einen als zapfenförmiges Rotorende ausgebildeten Lagerzapfen 26 lagert, welcher mit dem Rotorträger 6 drehfest verbunden, insbesondere darin eingepresst ist. Alternativ kann der Lagerzapfen 26 in diesem Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Rotorträger 6 verbunden sein. Diese Ausführungsform ermöglicht im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 1 die Verwendung einer längeren Spindel und somit die Darstellung eines größeren Aktuatorstellwegs.
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Nach dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist der Gewindetrieb 8 als Gleitgewindetrieb ausgebildet, wobei das Gewinde der Gewindespindel 10 am Gewinde der Gewindemutter 9 abgleitet. Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Gewindespindel 10 schlanker und länger ausgebildet, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Ferner ist auch die Gewindemutter 9 axial länger ausgebildet, sodass mehrere als Trapezgewinde ausgebildete Gewindegänge der Gewindespindel 10 bzw. der Gewindemutter 9 ineinandergreifen, um eine Flächenpressung je Gewindegang und somit auch den Verschleiß zu reduzieren sowie den Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Anders gesagt wird, um einen günstigen Spindeltriebwirkungsgrad erzielen zu können, der Durchmesser der Gewindemutter 9 im Vergleich zur Länge derselben klein ausgeführt. Des Weiteren wird der Rotorträger 6 als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Dies ermöglicht einerseits einen niedrigen Reibbeiwert, welcher sich positiv auf den Wirkungsgrad der Aktuatorvorrichtung 1 auswirkt, und andererseits geringe Herstellkosten der Aktuatorvorrichtung 1. Um über die gesamte Länge der Gewindemutter 9 eine gleichmäßige Belastung der Gewindegänge zu erzielen wird ein metallisches Versteifungselement 34 in den Rotorträger 6 mit eingespritzt. Dieses Versteifungselement 34 ist mit Formschlusselementen, beispielsweise ausgebildet als Riffelung, Gewinde und/oder Löcher, versehen, um eine feste Verbindung von Kunststoff und Metall sicherzustellen. Außerdem wird dieses Versteifungselement 34 dazu genutzt, mittels Umformprozess über eine Stützscheibe 35 das Festlager 7 axial auf dem Rotorträger 6 zu fixieren.
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Der Lagerzapfen 26 ist vorliegend abschnittsweise als Hülse ausgeführt. Dies ermöglicht, dass die Gewindespindel 10 bei einer Verlagerung in diesen eintauchen oder hineinragen kann und dadurch ein größerer Stellweg des Gewindetriebs 8 ermöglicht wird. Das Loslager 12 zur Abstützung und Lagerung des Rotorträgers 6 ist analog zum Loslager 12 gemäß 1 ausgebildet.
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Das Federgehäuse 16 ist in gegenüberliegenden Ausnehmungen 14 im Aktuatorgehäuse 2 verdrehfest geführt. Im Übrigen ist das Federgehäuse 16 sowie der daran wirksam angeordnete Federhalter 18 mit der Axialfeder 17 analog zu den vorherigen Ausführungen ausgebildet.
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Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 ist vorliegend von Vorteil, dass die Aktuatorvorrichtung 1, insbesondere die Gewindemutter 9 mit Trapezgewinde aus Kunststoff, vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar ist. Demgegenüber ist bei einer Aktuatorvorrichtung 1 mit einem Kugelgewindetrieb der hohe Wirkungsgrad sowie eine hohe übertragbare Axialkraft von Vorteil. Selbstverständlich ist denkbar die Merkmale aller Ausführungsbeispiele beliebig miteinander zu kombinieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuatorvorrichtung
- 2
- Aktuatorgehäuse
- 3
- Elektromotor
- 4
- Stator
- 5
- Rotor
- 6
- Rotorträger
- 7
- Festlager
- 7a
- Lagerinnenring
- 7b
- Lageraußenring
- 8
- Gewindetrieb
- 9
- Gewindemutter
- 10
- Gewindespindel
- 11
- Kugel
- 12
- Loslager
- 13
- Sicherungselement
- 14
- Ausnehmung im Aktuatorgehäuse
- 15
- Magnetisches Element
- 16
- Federgehäuse
- 17
- Axialfeder
- 18
- Federhalter
- 19
- Innenraum des Aktuatorgehäuses
- 20
- Leiterplatte
- 21
- Sensor
- 22
- Radialer Vorsprung
- 23
- Nut am Federgehäuse
- 24
- Sicherungsring
- 25
- Wickelkopf
- 26
- Lagerzapfen
- 27
- Gehäuseabschnitt
- 28
- Vertiefung
- 29
- Wälzkörper
- 30
- Aufkantung
- 31
- Nut an der Gewindemutter
- 32
- Nadel
- 33
- Außenring des Loslagers
- 34
- Versteifungselement
- 35
- Stützscheibe
- 36
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006049274 A1 [0002]