CN101317317A - 锁定装置，包含该锁定装置的传动-驱动单元以及制造该传动-驱动单元的方法 - Google Patents
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Abstract
锁定装置，以及包含这样的锁定装置的传动－驱动单元，以及用于制造这样的传动－驱动单元的方法，该锁定装置用于锁定轴(14)相对于传动－驱动单元(10)的壳体(16)的旋转运动，该锁定装置具有第一锁定元件(32)和第二锁定元件(34)，该第二锁定元件借助于电磁铁(44)和至少一个复位元件(42)可以相对于第一锁定元件(32)进行轴向移动，从而产生第一和第二锁定元件(32，34)之间的不可相对转动的连接，其中，电磁铁(44)具有内部电极(47)，该内部电极(47)由电线圈(45)包围，并且该内部电极(47)具有轴向的突起(51)，该突起为了轴向导向和定心卡到第二锁定元件(34)的相应的开口(64)中。
Description
技术领域
本发明涉及按独立权利要求前序部分所述的具有两个可相互移动地布置的锁定元件的锁定装置以及包含该锁定装置的传动-驱动单元和制造该传动-驱动单元的方法。
背景技术
以EP 1 320 175 A2公开了一种驱动装置以及/或者制动装置，其中制动单元布置在包围电动机的壳体内部。制动单元具有制动盘和制动体，该制动盘和制动体可以电磁地摩擦配合地相互压紧。在此，制动体不可相对转动地并且轴向固定地与电动机的壳体连接，而制动盘轴向可移动地布置在电动机的可旋转支承的电枢轴上。
这样设计的制动装置具有这样的缺点，即在驱动单元的装配中必须补偿许多公差，因为在组装时将制动体直接预装配在壳体上并且将制动盘预装配在电枢轴上，并且随后才进行组装并且相互调节。此外，两个制动盘之间的摩擦配合对于磨损和如脏物、炭黑粉尘、油脂和振动这样的外部影响来说是非常无抵抗力的，这就是为何必须在EP 1 320175 A1中防水地、不透气地并且防尘地封闭电动机的壳体。此外，存在这样的危险，即两个制动元件彼此歪斜，由此不可靠地传递锁定力矩，并且会产生比较吵的噪音。
发明内容
按本发明的传动-驱动单元和布置在其中的锁定装置以及制造这种传动-驱动单元的方法具有这样的优点，即通过将锁定装置构造成独立的可完整装配的模块明显减少用于这样的传动-驱动单元的装配费用。在此，不需要掣子在轴上相对于锁定装置的高装配精度以及不需要锁定装置在传动-驱动单元的壳体中的高定位精度。锁定元件之间的轴向公差(气隙)在锁定装置的单独制造以及独立的功能检测时以明显更少的费用得到遵守。通过构造两个锁定元件之间的轴向形状配合连接，锁定装置对于脏物和油脂或者湿气或者炭黑粉尘是更加不敏感的。通过锁定元件最小的磨损或者说刮擦，提高了锁定装置的使用寿命和持续负荷能力。由于构造两个锁定元件之间的轴向的形状配合连接、例如以轴向齿部的形式(具有啮合在其中的齿的径向布置的沟槽)，锁定装置也适合在其中出现增加的振动负荷和颤动负荷的汽车中的使用。与制动盘的布置相反，本发明对于弹簧-质量-系统的由汽车中的振动激发的谐振频率是不敏感的。通过构造内部电极上的轴向突起，防止两个锁定元件彼此歪斜，其中所述突起卡到轴向可移动的锁定元件中的相应开口中。以此，可以通过这种紧凑的定心在锁定装置的整个使用寿命中在锁定状态中实现可靠的形状配合连接。
通过在从属权利要求中列出的特征，可以实现按独立权利要求所述装置和方法的优选的改进方案。如果在第二锁定盘中的开口构造成通孔，那么实现了在第二锁定元件的整个厚度上以及整个轴向调节行程上的轴向导向。
特别优选地将轴向突起构造成中心布置的套筒，该突起在整个圆周上均匀地径向支撑锁定元件，由此可以调节确定的底面间隙。由此，两个锁定元件之间的轴向的形状配合连接精确地相互同心地对齐，由此可以承受更大的锁定力矩。
如果突起由几乎不导磁的材料、例如优质钢制成，那么防止第二锁定元件借助于磁力径向移动。由此可以抑制锁定元件靠在锁定壳体上，由此持续确保两个锁定元件的精确的轴向啮合。
因为内部电极由导磁性良好的材料制成，所以轴向突起非常有利地制成由其它材料制成的单独制造的套筒，并且然后插入内部电极的相应的插口中。
为了锁定元件的轴向导向的更高的持续负载，给轴向突起装备涂层，该涂层特别是能滑动的并且耐磨的。为此，优选使用镍或润滑漆膜。
为了在锁定状态中将锁定力矩从第二锁定元件传递到不可相对转动的电磁铁上，将轴向导向栓布置在电磁铁上，该导向栓卡到第二锁定元件中的相应的轴向开口中。导向栓可以与线圈架一体地作为塑料-注塑件非常廉价地进行制造。以此，可以特别简单地轴向导向第二锁定元件。
为了可以更简单并且更可靠地建立锁定元件之间的轴向的形状配合连接，将导向栓构造成锥形的。由此，在啮合的时候存在较大的间隙，由此可以将齿部相互啮合得更深，并且以此可以传递更大的旋转力矩。
在作为替代方案的实施方式中，径向突起具有径向的造型，这些造型卡到内部电极中的和/或第二锁定元件中的相应的配合造型中。以此，可以将锁定力矩直接从第二锁定元件通过内部电极传递到传动装置壳体上。
特别优选可以直接在内部电极上形成轴承座，具有相应的径向轴承的驱动轴可以插入该轴承座中。
如果阻尼元件构造成包围轴的环，那么在冲击电磁铁时在整个圆周上均匀地缓冲第二锁定元件。该环优选地可以整体地进行构造，并且由于其在整个圆周上的延伸简单地进行固定。通过将阻尼元件布置在电磁铁和第二锁定元件之间，可以在松开锁定装置时有效地抑制固体声音激发。为了有效地抑制固体声音，阻尼元件最有利地由塑料、优选由弹性体制成，该塑料可以在大的温度范围内有效地吸收固体声音。电磁铁例如具有内部电极，线圈体支承在该内部电极上，并且这两者一起形成轴向的端面，阻尼元件可以牢固地固定在该端面上。
在优选的实施方式中，环形的阻尼元件借助于环形弹簧朝电磁铁的或者第二锁定元件的端侧进行挤压。在此优选的是，为此可以使用本来就存在的用于第二锁定元件的复位弹簧来同时用于固定阻尼元件。如果使用锥形的螺旋弹簧作为环形弹簧，那么由此确保精确地轴向导向第二锁定元件，而为此不需要沿轴向的额外的结构空间。螺旋弹簧可以特别有利地靠在内部电极和线圈体之间的轴向的错边上，由此径向固定螺旋弹簧。如果内部电极与线圈体形成这样的轴向的错边，那么阻尼元件优选地作为帽状的套子布置在内部电极和线圈体上方，从而帽状的套子径向靠在轴向的错边上。这样的阻尼元件优选地由聚四氟乙烯制成，并且可选地具有轴向轮廓作为止挡面，该轮廓在声学上缓冲第二锁定元件的冲击。
优选地如此操作锁定装置，即在操作状态期间激活至少一个电磁铁，使得该电磁铁逆着回复力将第二锁定元件轴向地从第一锁定元件上拉开。由此，驱动轴可以在电磁铁的通电状态中不受干扰地旋转。在电磁铁的解除激活(不通电)的状态中，由于复位元件产生的压紧力将第二锁定元件朝第一锁定元件挤压，从而在锁定状态中锁止旋转运动。如果第二锁定元件在旋转状态中被电磁铁吸引，那么该锁定元件靠在阻尼元件上，该阻尼元件再支撑在电磁铁上。由此避免声学上的振动的共鸣形成。
按本发明的用于制造按本发明的传动-驱动单元的方法具有这样的优点，即由于单独构造锁定装置，具有两个锁定元件的该锁定装置可以没有高的公差要求地简单地装配到壳体中以及驱动轴上。为此，将驱动轴导入掣子中，该掣子产生与第一锁定元件的形状配合连接用于扭矩传递。锁定装置在驱动单元的壳体中的装配特别有利地通过压入并且随后借助于材料变形的轴向固定得以实现。在此，锁定装置的轴向定位是不紧要的，因为两个锁定元件的间距通过锁定壳体的或者说驱动轴的止挡进行调节。为了制造可单独装配的锁定装置，特别有利的是具有电磁铁和复位元件的两个锁定元件以及阻尼元件装配在锁定壳体内部，该锁定壳体然后可以再简单地装配到传动-驱动单元的壳体中。在此，锁定壳体吸收作用到锁定装置上的力，并且将该力传递到传动-驱动单元的壳体上。同时，锁定壳体在其例如几乎封闭地进行构造时保护锁定元件以防脏物。通过完全预装配具有两个锁定元件、电磁铁、至少一个复位元件和阻尼元件的锁定装置，该构造成单独的结构单元的锁定装置可以独立于供货商进行制造以及检验其功能和功率消耗。由此，显著简化了传动-驱动单元的装配和功能检测。
附图说明
在图中示出了按本发明的锁定装置以及传动-驱动单元的不同的实施例并且在下面的说明中进行详细解释。其中：
图1是装入传动-驱动单元中的按本发明的锁定装置的剖面图；
图2是锁定装置的另一实施例的剖面图；
图3是按图2的锁定装置的另一变型方案；
图4是另一按本发明的锁定装置的剖面图；以及
图5是图4中锁定装置的分解图。
具体实施方式
在图1中示出了传动-驱动单元10，在该传动-驱动单元中具有驱动轴14的电动机12布置在传动-驱动单元10的壳体16内部。驱动轴14借助于滚动轴承18和/或滑动轴承20得到支承，并且具有蜗杆24，该蜗杆例如通过蜗轮22与汽车中可移动的部件的没有示出的调整机构共同作用。为了相对于壳体16锁住驱动轴14，在壳体16中布置锁定装置30，该锁定装置具有第一锁定元件32和第二锁定元件34。第一锁定元件32径向形状配合地卡到掣子66中，该掣子不可相对转动地布置在电枢轴14上。与之相反，第二锁定元件34不可相对转动地与传动-驱动单元10的壳体16连接。在锁定状态中(如图1中所示)，第一锁定元件32轴向形状配合地卡到第二锁定元件34中，以此阻止驱动轴14旋转。此外，两个锁定元件32，34具有径向延伸的沟槽82和凸起84，该沟槽和凸起形成了轴向的形状配合连接85并且相应于轴向的齿部85借助于至少一个有弹性的复位元件42压入彼此当中。在本实施例中，锁定元件32，34的相互形状配合地卡住的表面以相对于轴14小于或者说大于90°的角度进行布置。第二锁定元件34与电磁铁44作用连接，该电磁铁在通电状态中逆着复位元件42的弹簧力将第二锁定元件34轴向地与第一锁定元件32拉开，使得轴向的形状配合连接85松开并且两个锁定元件32和34可以相互无接触地扭转。电磁铁44具有线圈架46，该线圈架同时形成锁定壳体52的一部分。线圈架46一方面不可相对转动地与壳体16连接，并且另一方面具有轴向的导向元件78，该导向元件与第二锁定元件34的相应的轴向的配对导向元件80共同作用。由此确保，在电流施加到电磁铁44上时锁定装置30处于旋转状态，与之相反，无电流的状态相应于锁定状态。在此，锁定装置30形成单独的预装配的结构单元31，该结构单元至少包括所述两个锁定元件32，34和电磁铁44。在图1中，锁定元件和电磁铁布置在锁定装置30的锁定壳体52中，其中锁定壳体52轴向插入壳体16中并且例如借助于张紧轮53防止移动。在第二锁定元件34和电磁铁44之间布置至少一个阻尼元件28，该阻尼元件在第二锁定元件34冲击电磁铁44时抑制干扰的噪音形成。第一锁定元件32构造成具有中心开口63的圆盘，该圆盘形状配合地啮合到掣子66中。在本实施例中，通过第一锁定元件32的内齿部68形成形状配合的连接，该内齿部轴向地推到掣子66的外齿部70上。在此，在传动-驱动单元10的装配中首先将掣子66不可相对转动地固定在驱动轴14上，并且然后将带有掣子66的驱动轴14轴向通过锁定装置30推入开口63中。在线圈架46内部布置电磁铁44的内部电极47，该内部电极具有用于容纳轴14的中心孔2。为此，内部电极47具有轴承座3，在该轴承座中布置滑动轴承20。内部电极47形成用于电磁铁44的磁性接地件，并且在轴向端部上具有轴向的突起51，该突起构造成套筒55并且啮合到第二锁定元件34的构造成裂口的中心开口64中。在此，套筒55的外圆周面57形成用于轴向移动第二锁定元件34的导向面，由此，该第二锁定元件相对于第一锁定元件32进行精确地定心。
在图2中示出了锁定装置30的另一个实施例。电磁铁44的线圈架46构造成内部电极47，在该内部电极上布置电线圈45。锁定壳体52具有圆柱形壁35，该圆柱形壁例如与锁定壳体52的单独形成的底面37连接，尤其是与其进行滚压。内部电极47与底面37和圆柱形壁35一起形成用于第二锁定元件34的电磁铁44的磁性接地件，该第二锁定元件构造成电枢金属片41。第二锁定元件34在该实施例中由抑制固体声音的复合金属片38形成。在此，将轴向的形状配合连接/齿部85模制在复合金属片38上，例如直接由塑料喷注。在图2中示出了一种状态，在该状态中锁定元件34在电磁铁44通电时直接从形状配合连接82，84中松开，但是还没有靠在内部电极47的阻尼环28上。第二锁定元件34通过轴向的导向元件78进行导向，该导向元件作为导向栓79模制在电磁铁44上，并且啮合到第二锁定元件34中的相应制作成配对导向元件80的轴向的孔81中，其中例如构造三个孔81。复位元件42负责将用于锁定传动装置的第二锁定元件34复位，该复位元件构造成环状的弹簧元件43，该弹簧元件包围驱动轴14。在锁定状态中，构造成圆盘的第二锁定元件34通过复位元件42形状配合地朝第一锁定元件32挤压。如果将电磁铁44通电，那么通过磁力将锁定元件34向下拉(在图2中)，由此松开锁定状态的形状配合连接85，并且第一锁定元件32可以无摩擦地相对于第二锁定元件34旋转。
在图3中示出了阻尼元件28的另一个实施例，该阻尼元件构造成帽状的套子98，该套子靠在电磁铁44上。在此，内部电极47与电线圈45形成了轴向的错边49，帽状的套子98径向支撑在该错边上。内部电极47朝驱动轴14具有轴向的突起51，帽状的套子98径向延伸到该突起。突起51也用于第二锁定元件34的轴向导向和定心。套子98借助于环状的弹簧元件43朝电磁铁44进行轴向挤压，其中弹簧元件43同时构造成第二锁定元件34的复位元件42。弹簧元件43构造成锥形的螺旋弹簧99，该螺旋弹簧尤其在轴向的错边49的区域内靠在套子98上。为了更好地贴靠帽状的套子98，将结构化部位102(尤其是沟槽或轰击部位(Bombardierung))模制在电磁铁44的轴向侧面87上，该结构化部位应该提高阻尼元件28的作用。
图4示出了锁定装置30，在该锁定装置中在其上缠绕电线圈45的线圈架46布置在环状的内部电极47上。在此，具有底面37和内部电极47的锁定壳体52形成用于构造成电枢盘41的第二锁定元件34的电磁铁44的接地环。内部电极47具有例如用于轴14的球形帽轴承20的轴承座3。内部电极47由导磁性良好的材料制成，例如由具有高熟铁份额的材料制成。在面对第二锁定元件34的轴向侧面87上，内部电极47具有轴向的突起51，该突起构造成套筒55，可以将轴14插入该套筒内。套筒55作为单独的组件由不具有或者只具有不值得一提的导磁能力的材料制成。套筒55例如由相应的不可磁化的优质钢制成，并且可选地具有涂层59。作为涂层59可以使用润滑漆膜或者镍涂层。轴向的突起51啮合到第二锁定元件34的中心开口64中，从而将第二锁定元件定心。轴向开口64构造为无论锁定装置是打开的或者是关闭的都由轴向的突起51在第二锁定元件34的整个厚度4上穿过的裂口。在此，套筒55的外圆周面57形成用于第二锁定元件34的轴向运动的轴向导向面56。为了将滑动特性和磨损特性最优化，优选地至少在该轴向导向面56上涂上涂层59。然后，第二锁定元件34可以在长使用寿命期间并且在大的温度波动时以确定的底面间隙径向支撑在套筒55上。在本实施例中，套筒55环形地构造在圆周面57上，并且压入内部电极47的相应的插口7中。为了在锁定装置的关闭状态中传递锁定力矩，在电磁铁44的轴向侧面87上布置导向栓79，该导向栓啮合到第二锁定元件34中的相应的孔81中。该导向栓79在图4中构造成锥形的，从而在锁定装置关闭时使得两个锁定元件32，34的啮合变得简单。在此，朝轴向15的圆锥角77通过轴向的形状配合连接85的以及磁吸引力的啮合角进行确定。导向栓79与线圈架46整体地由塑料形成，并且沿着朝第二锁定元件34的轴向15逐渐变细。例如喷注三个导向栓79，该导向栓旋转对称地布置在电磁铁44上。电磁铁44又不可相对转动地固定在传动-驱动单元10的壳体16中，从而将锁定力矩传到壳体16上，该壳体例如又与车身连接。
在一种变型方案中，套筒55在其圆周面57上具有径向的造型62，从而将套筒55不可相对转动地与内部电极47连接，该造型与内部电极47的内轮廓48形成了形状配合连接。同时，径向的造型62卡到第二锁定元件34的相应的径向的凹处33中，从而将锁定力矩通过套筒55从第二锁定元件34经由内部电极47和锁定壳体52传递到传动装置壳体16上。
图5示出了图4的锁定装置30的可单独预装配的结构单元31的分解图。所有组件沿轴向15进行装配。圆柱形壁35与底面37、内部电极47和盖子27一起形成锁定壳体52，具有电线圈45的线圈架46不可相对转动地插入该壳体中。具有涂层59的套筒55作为轴向的突起51轴向地插入内部电极47中。在电磁铁44的轴向侧面87上，将阻尼元件28布置在内部电极47和线圈架46上，该阻尼元件径向延伸到套筒55。轴向可移动的第二锁定元件34上的环形复位弹簧42靠在阻尼元件28上，套筒55和锥形的导向栓79轴向啮合在该第二锁定元件中。第二锁定元件34与第一锁定元件32作为轴向的形状配合连接85形成平面啮合系统85，通过该平面啮合系统传递锁定力矩。第一锁定元件32可旋转地支承在盖子27中，其中轴14可以以其掣子66啮合到第一锁定元件32的内齿部68中。为了给电磁铁44供电，在线圈架46上布置插头元件58，在锁定壳体52和第二锁定元件34上形成相应的凹处39用于该插头元件58。
需要补充说明的是，关于在附图和说明书中示出的实施例可以将各个特征相互间进行多样的组合。如此，例如可以改变第一和第二锁定元件32，34之间的形状配合连接85的具体设计方案以及阻尼元件28和弹簧元件43的具体设计方案，并且配合尤其有关振动负荷、颤动负荷和噪音负荷的要求。优选使用按本发明的传动-驱动单元10用于操作汽车的差速传动装置，该差速传动装置例如遭受20g的颤动负荷。然而，按本发明的锁定装置30也可以用于其它的电动机12，例如伺服驱动装置，该电动机遭受高的温度负荷和振动负荷。
Claims (16)
1.锁定装置(30)，所述锁定装置用于锁定轴(14)相对于传动-驱动单元(10)的壳体(16)的旋转运动，所述锁定装置具有第一锁定元件(32)和第二锁定元件(34)，该第二锁定元件借助于电磁铁(44)和至少一个复位元件(42)可以相对于第一锁定元件(32)进行轴向移动，从而产生第一和第二锁定元件(32，34)之间的不可相对转动的连接，其特征在于，所述电磁铁(44)具有内部电极(47)，该内部电极(47)由电线圈(45)包围并且该内部电极(47)具有轴向的突起(51)，该突起为了轴向导向和定心卡到第二锁定元件(34)的相应的开口(64)中。
2.按权利要求1所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述第二锁定元件(34)构造成圆盘，该圆盘作为开口(64)带有具有厚度(4)的中心裂口(64)。
3.按权利要求1或2所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述轴向的突起(51)构造成包围可插入的驱动轴(14)的套筒(55)，其中第二锁定元件(34)径向支撑在套筒(55)上。
4.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述轴向的突起(51)在关闭锁定装置和打开锁定装置时在开口(64)的整个轴向厚度(4)上延伸。
5.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述内部电极(47)由具有导磁能力的材料-例如熟铁-制成，用于形成电磁铁(44)的磁性接地件，并且轴向的突起(51)由几乎不导磁的/或导磁性差的材料-例如优质钢-制成，从而防止所述突起(51)和第二锁定元件(34)之间的磁短路。
6.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述轴向的突起(51)制造成单独的组件，将该组件压入内部电极(47)的插口中。
7.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述轴向的突起(51)具有卡到内部电极(47)的相应内轮廓(48)中以及/或者卡到开口(64)上相应的径向凹处(33)中的外轮廓。
8.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述轴向的突起(51)至少在外表面(57)上具有涂层(59)，该涂层尤其是润滑漆膜或者镍涂层。
9.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，在内部电极(47)上形成轴承座(3)，可以将驱动轴(14)的旋转轴承(20)-尤其是球形帽轴承(20)装配到该轴承座中。
10.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述锁定装置(10)构造成单独的、可预装配的结构单元(31)，其中所述锁定元件(32，34)在锁定状态中借助于形状配合连接(85)沿轴向(15)相互卡住，并且第二锁定元件(34)尤其构造成电枢金属片(41)，该电枢金属片形成用于电磁铁(44)的磁性接地件。
11.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述第二锁定元件(34)具有轴向的孔(81)，为了轴向导向第二锁定元件(34)，将轴向的导向销(79)啮合到该孔中，该导向销模制在电磁铁(44)的轴向侧面(87)上。
12.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，所述导向销(79)构造成锥形的，其中尤其确定圆锥角(77)，使得在锁定装置的关闭过程中对于两个锁定元件(32，34)的轴向的形状配合连接(85)的啮合存在足够的间隙。
13.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，借助于塑料注塑方法将轴向的导向销(79)模制在电磁铁(44)的线圈架(46)上，其中尤其将三个导向销(79)均匀分布地布置在电磁铁(44)的圆周上。
14.按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(30)，其特征在于，在第二锁定元件(34)和电磁铁(44)之间布置阻尼元件(28)，构造成锥形的螺旋弹簧(43)的复位元件(42)靠在该阻尼元件上，其中阻尼元件(28)尤其构造成帽状的套子(98)。
15.具有按上述权利要求中任一项所述的锁定装置(10)的传动-驱动单元(10)，其特征在于，所述锁定装置(30)借助于旋转轴承(20)布置在驱动轴(14)上，该驱动轴是电动机(12)的电枢轴(14)，并且在驱动轴(14)上布置蜗杆(24)，该蜗杆与蜗轮(22)啮合。
16.用于制造按上述权利要求中任一项所述的传动-驱动单元(10)的方法，其特征在于，首先将锁定装置(30)固定在传动-驱动单元(10)的壳体(16)中，并且随后以形状配合连接(68，70)将轴(14)-尤其以掣子(66)-导入第一锁定元件(32)的中心凹处(63)中，其中锁定装置(30)在装入壳体(16)之前并且在轴(14)的装配前可以作为单独的、由锁定壳体(52)包围的结构单元(31)简单地检验其功能。
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