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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Aktuator
zur Betätigung
einer mechanischen Einrichtung, und insbesondere einen elektromechanischen
Aktuator zur Ansteuerung von einer Lamellenkupplung in einer Differentialsperre
eines Kraftfahrzeuges.
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Aus
der
DE 199 17 724
C2 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem
elektromagnetischem Aktuator zur Betätigung einer mechanischen Einrichtung
bekannt.
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Elektromechanische
Aktuatoren finden eine stetig wachsende Verbreitung zur Betätigung diverser,
in aller Regel mechanischer Einrichtungen. Insbesondere im Kraftfahrzeugbau
ist der Einsatz präzise
ansteuerbarer Betätigungseinrichtungen
mittlerweile unerläßlich. Um
beispielsweise die Sperrwirkung einer Differentialsperre in einem
Kraftfahrzeug über
eine Lamellenkupplung zu variieren, ist eine hohe Stellkraft zur
Betätigung
der Lamellenkupplung erforderlich.
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Im
allgemeinen werden Elektromotoren zur Betätigung solcher Lamellenkupplungen
eingesetzt. Da Elektromotoren bei erforderlichen geringen Baugrößen bzw.
Abmessungen lediglich verhältnismäßig kleine
Drehmomente und somit Kräfte
erzeugen können,
ist ein Untersetzungsgetriebe zur Vergrößerung von Drehmoment bzw.
Kraft vonnöten.
Ein Untersetzungsgetriebe, welches ein hohes Übersetzungsverhältnis aufweist,
ist jedoch durch hohe Reibungswerte gekennzeichnet. Diese Reibung
im Untersetzungsgetriebe wirkt sich dabei ungünstig auf die Steuer- und/oder
Regelbarkeit des Systems aus.
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Die
Reibung in dem Getriebe äußert sich durch
einen Hysterese-Verlauf gemäß 6,
wenn man das Kupplungsmoment M über
dem Eingangsstrom I des Elektromotors, vorzugsweise einer Gleichstrom-Maschine,
aufträgt.
In 6 wird die Hysterese-Schleife 30 im Uhrzeigersinn
durchlaufen. Wird ausgehend vom Ursprung (Origo) bzw. Nullpunkt
0 ein negativer Strom I angelegt, so wird am Ausgang des Getriebes
aufgrund der Getriebereibung das von der Gleichstrom-Maschine generierte Drehmoment
zunächst
nicht übertragen.
Erst bei einem weiteren Anstieg der Strom-Amplitude I erfolgt ein
Anstieg des Drehmoments M am Ausgang des Getriebes.
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Reduziert
man nach Erreichen einer vorbestimmten Strom-Amplitude den Strombetrag
I, so nimmt das Drehmoment M am Ausgang des Getriebes zunächst gemäß dem Hysterese-Verlauf 30 nur langsam
ab, bevor es bei weiter abnehmender Strom-Amplitude I stärker abnimmt
und schließlich wieder
im Ursprung bzw. Nullpunkt verläuft.
Der in 6 negativ eingezeichnete Strom ist auch als positive
Größe auftragbar,
woraus sich eine Hysterese-Schleife gemäß 6 gespiegelt
an der Momenten-Achse durch den Ursprung 0 ergibt, wobei die Hysterese-Schleife 30 dann
im Gegenuhrzeigersinn durchlaufen würde.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Reduzierung des Reibungseinflusses einer
Getriebeuntersetzung auf den Verlauf des Drehmoments am Ausgang
des Getriebes über
dem Eingangsstrom des Elektromotors ist der Einsatz eines gepulsten
Eingangssignals am Elektromotor anstelle einer Gleichgröße. Durch das
gepulste Signal wird die Reibung, welche gemäß 6 als Haftreibung
zum Hysterese-Verlauf 30 führt, auf das geringere Reibungsniveau
der Gleitreibung reduziert. Dieser Effekt, welcher als Dither bezeichnet
wird, wird ausgenutzt, wenn der Elektromotor mit einem pulsweitenmodulierten
(PWM) Signal angesteuert wird.
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Die
Dither-Wirkung hängt
von der Frequenz des PWM-Signals sowie von der Pulsweite ab. Ist
die Frequenz beispielsweise zu hoch, so kann der Elektromotor aufgrund
seiner Trägheit
keine Bewegung auf die Getriebeeinrichtung übertragen bzw. ins System einbringen.
Die sogenannte Dither-Wirkung läßt folglich
mit zunehmender Frequenz nach. Die Pulsweite fließt über das
Tastverhältnis
direkt in die Dither-Wirkung ein, wobei bei mittleren Tastverhältnissen
zwischen 20 % und 80 % die Dither-Wirkung am größten ist. Bei sehr kleinen
Tastverhältnissen zwischen
0 % und 20 % sowie bei sehr großen
Tastverhältnissen
zwischen 80 % und 100 % läßt die Dither-Wirkung
stark nach.
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In 7 ist
exemplarisch ein pulsweitenmoduliertes Signal 31 über der
Zeit t dargestellt. Das PWM-Signal 31 ist derart moduliert,
daß es
zunächst ein
niedriges Tastverhältnis
vorsieht, welches stetig ansteigt bis zu einem hohen Tastverhältnis. Steuert man
den Elektromotor mit einem PWM-Signal 31 gemäß 7 mit
Tastverhältnissen
aus den mittleren sechs Segmenten gemäß 7, so ist
die Dither-Wirkung am größten.
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Der
elektromechanische Aktuator zur Betätigung einer mechanischen Einrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber dem bekannten Lösungsansatz
den Vorteil auf, daß die
sogenannte Dither-Wirkung gesteigert und somit der Einfluß der Haftreibung
der Getriebeeinrichtung herabgesetzt wird. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung
zur Betätigung
einer mechanischen Einrichtung sowie die erfindungsgemäße elektromechanische Aktuatorik
wird ein präzise
dosierbares Drehmoment an einem Getriebeausgang bereitgestellt,
welches insbesondere bei kleinen Momentenwerten, d.h. kleinen Ansteuerströmen des
Elektromotors, einen nahezu linearen Verlauf zwischen Eingangsstrom
des Antriebsmotors und Ausgangsdrehmoment der Getriebeeinrichtung
ermöglicht.
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Aus
der
DE 101 33 861
A1 ist ein Antriebssystem für Pumpen bekannt, welches durch
eine geeignete Steuerung der Anlaufsequenz das Anlaufmoment reduziert.
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Des
Weiteren wird noch auf die
US 4,781,653
A hingewiesen, die eine Kraftübertragungseinrichtung beschreibt,
bei welcher ein Ruck infolge einer in Längsrichtung erfolgenden Beschleunigung
oder Verzögerung,
die dann stattfindet, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet
und der Motor mit niedrigen Drehzahlen arbeitet, ausgeräumt wird
und die freie Schwingung, die durch eine plötzliche Änderung in der Antriebskraft,
die etwa bei einer Beschleunigung verursacht wird, wirksam gedämpft wird.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im
wesentlichen darin, eine zumindest kurzzeitige Drehmomenterhöhung auf mechanische
oder elektrische Weise am Eingang der Getriebeeinrichtung zu generieren.
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Mit
anderen Worten wird beispielsweise ein elektromechanischer Aktuator
zur Betätigung
einer mechanischen Einrichtung bereitgestellt mit einer elektrischen
Antriebseinrichtung zum rotatorischen Antreiben einer ersten Welle
mit einem ersten Drehmoment; einer Getriebeeinrichtung zur Wandlung
einer ersten Drehzahl der ersten Welle in eine zweite Drehzahl einer
zweiten Welle gemäß einem
vorbestimmten Übersetzungsverhältnis; und
einer mechanischen Resonanzeinrichtung, welche an die erste Welle
gekoppelt ist, zum Verstärken
des ersten Drehmoments der ersten Welle. Darüber hinaus wird gegebenenfalls
alternativ das Verstärken
des ersten Drehmoments der ersten Welle durch Ansteuern der elektrischen
Antriebseinrichtung mit einem gepulsten Signal bereitgestellt, welches
pro Puls sowohl auf einen vorbestimmten negativen, als auch einen
vorbestimmten positiven Signalpegel mit einem Flankenwechsel der
doppelten vorbestimmten Signalpegelamplitude dazwischen springt,
wenn das Ansteuersignal unterhalb einer vorbestimmten Signalpegelschwelle
liegt. Außerdem
wird die erste Welle vorzugsweise alternativ als Drehstabfeder vorgesehen, welche
eine vorbestimmte Elastizität
aufweist, drehfest mit einem rotierenden Läufer vorbestimmter Trägheit der
elektrischen Antriebseinrichtung gekoppelt ist und mit diesem eine
mechanische Resonanzeinrichtung zum Verstärken des ersten Drehmoments
der ersten Welle bildet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist die zumindest eine Federeinrichtung
der Resonanzeinrichtung eine Spiralfeder oder ein Gummiband oder
einen elastisch deformierbaren Kunststoffbalg auf.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Schwungeinrichtung über zumindest
einen, vorzugsweise zwei, Vorsprünge
auf der ersten Welle und einen, vorzugsweise zwei, Vorsprünge auf
der Schwungeinrichtung elastisch miteinander gekoppelt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist an der Getriebeeinrichtung und/oder an
dem Läufer
der elektrischen Antriebseinrichtung eine zusätzliche Trägheitsmasse zur Steigerung
des jeweiligen Trägheitsmomentes
zur Vergrößerung des
ersten Drehmoments der ersten Welle vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist an der Getriebeeinrichtung eine Einrichtung
zur Wandlung einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist als mechanische Einrichtung eine Lamellenkupplung, vorzugsweise
zum adaptiven Sperren eines Differentialgetriebes in einem Kraftfahrzeug,
vorgesehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist als elektrische Antriebseinrichtung eine
Gleichstrom-Maschine vorgesehen ist, welche über einen Stromrichter mit
einem gepulsten Signal ansteuerbar ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines elektromechanischen Aktuators zur
Erläuterung einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer mechanischen Resonanzeinrichtung
entlang der Linie A-A gemäß 1 zur
Erläuterung
eines Details einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
schematisches schwingungstechnisches Ersatzmodell zur Erläuterung
der Ausführungsform
gemäß 1;
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4 ein
schematisches schwingungstechnisches Ersatzmodell zur Erläuterung
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5A,
B jeweils ein schematisches Modulationsdiagramm über der Zeit, wobei 5A eine Modulationsart
zur Erläuterung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und 5B eine Standard-Modulationsform
gleichen Strommittelwertes wie in 5A zeigt;
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6 einen
schematischen Hysterese-Verlauf zur Erläuterung der Problemstellung
bei bekannten elektromechanischen Aktuatoren; und
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7 ein
schematisches Diagramm eines PWM-Signals zur Erläuterung einer bekannten Lösung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Bestandteile.
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In 1 ist
eine schematische Seitenansicht eines elektromechanischen Aktuators
dargestellt, in welchem eine elektrische Antriebseinrichtung 10 vorgesehen
ist. Die elektrische Antriebseinrichtung 10 ist beispielsweise
als Gleichstrom-Maschine ausgebildet und weist einen Läufer auf
(in 1 nicht dargestellt), welcher mit einer Welle 11 drehfest
verbunden ist. In einem vorbestimmten Abschnitt der Welle 11,
vorzugsweise mittig zwischen einem mit einer Getriebeeinrichtung 12 verbundenen
Ende und dem über
die elektrische Antriebseinrichtung 10 herausragenden Ende,
ist eine Resonanzeinrichtung 13 vorgesehen. Die mechanische
Resonanzeinrichtung 13 ist elastisch an die vorzugsweise
steif ausgeführte Welle 11 gekoppelt
und weist ein vorbestimmtes Trägheitsmoment
auf. Mit Bezug auf 2 wird die mechanische Resonanzeinrichtung
gemäß einer Ausführungsform
näher erläutert.
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Die
Getriebeeinrichtung 12 ist vorzugsweise aus zwei Zahnrädern 14, 15 unterschiedlichen
Umfangs zusammengesetzt. Durch die Umfangsdifferenz des ersten kleineren
Zahnrads 14 und des zweiten größeren Stirntriebzahnrads 15 wird
ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis 16 bereitgestellt. Anstelle
von ineinandergreifenden Zahnrädern 14, 15 sind
ebenso andere friktionsbehaftete Oberflächenmaterialien bzw. ineinandergreifende
-strukturen des zylinderförmigen
Abtriebs 14 und des ebenfalls zylinderförmigen Stirntriebs 15 einsetzbar,
um ein vorbestimmtes Drehmoment übertragen
zu können.
Der zylindrische Stirnabtrieb 15, vorzugsweise ein Zahnrad,
ist über
eine zweite Welle 17 mit einer weiteren mechanischen Einrichtung 18,
beispielsweise einem Kupplungselement, verbunden.
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Aufgrund
des Übersetzungsverhältnisses 16 weist
die erste Welle 11 eine um einen vorbestimmten Faktor höhere Drehzahl
als die zweite Welle 17 auf, wobei durch die Untersetzung
von z.B. 50:1 ein höheres
Drehmoment an der Welle 17 anliegt. An die weitere mechanische
Einrichtung 18 schließt
sich vorzugsweise eine Einrichtung zur Umwandlung einer rotatorischen
in eine lineare Bewegung an (nicht dargestellt), vermittels welcher
beispielsweise auf ein Lamellenpaket einer Lamellenkupplung zur kontinuierlichen
Verstellung der Sperrwirkung insbesondere eines Differentialgetriebes
für ein
Kraftfahrzeug Druck ausgeübt
werden kann.
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Wird
die elektrische Antriebseinrichtung 10 auf bekannte Weise
mit einem gepulsten Eingangssignal vorbestimmter Amplitude, Frequenz
und Tastverhältnis
angesteuert, so wird die erste Welle 11 ruckartig durch
die elektrische Antriebseinrichtung 10 beschleunigt. Die
mechanische Resonanzeinrichtung 13 verzögert dabei zunächst die
Beschleunigung der Welle 11 aufgrund der über elastische
Mittel angebundenen Schwungmasse mit einem vorbestimmten Trägheitsmoment.
Dabei weist die elastische Anbindung eine vorbestimmte Steifigkeit
auf. Ist die Schwungmasse der Resonanzeinrichtung 13 dann
auf die Umfangsgeschwindigkeit der Welle 11 beschleunigt,
so folgt aufgrund der beschleunigten trägen Masse der Resonanzeinrichtung 13,
welche von der Federeinrichtung zur Federruhelage und darüber hinaus
beschleunigt wird, eine vorübergehende Drehmomentüberhöhung, welche
die Haftreibung der Getriebeeinrichtung 12 gegebenenfalls übersteigt,
so daß auch
bei Ansteuerung der elektrischen Antriebseinrichtung 10 mit
einer geringeren Signal-Amplitude
ein Drehmoment auf die zweite Welle 17 übertragen wird.
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Bei
Ansteuerung mit einem konstanten Signal und ohne Resonanzeinrichtung 13 muß allein durch
den Ansteuerstrom ein dazu proportionales Drehmoment an der Welle 11 durch
die elektrische Antriebseinrichtung 10 aufgebracht werden,
um die Haftreibung der Getriebeeinrichtung 12 zu überwinden.
Diese Haftreibung und damit das Haftmoment wird durch eine Ansteuerung
mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal der elektrischen
Antriebseinrichtung 10 mit Hilfe der mechanischen Resonanzeinrichtung 13 (vorübergehende
Drehmomenterhöhung) überwunden.
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In 2 ist
schematisch der Querschnitt einer Resonanzeinrichtung 13 gemäß 1 dargestellt.
Die Welle 11 ist zumindest im Bereich der Resonanzeinrichtung 13 vorzugsweise
mit zumindest einem radial nach außen gerichteten Vorsprung 20 versehen.
Ein vorzugsweise ringförmig,
um die Welle 11 angeordneter Schwungkörper 19 ist vorzugsweise mit
zumindest einem radial nach innen gerichteten Vorsprung 21 ausgestattet.
Zwischen dem zumindest einen Vorsprung 21 des Schwungkörpers 19 und dem
zumindest einen Vorsprung 20 der Welle 11 ist zumindest
eine elastisch deformierbare Einrichtung 22 vorbestimmter
Elastizität
bzw. Steifigkeit vorgesehen. Die elastisch deformierbare Einrichtung 22 weist vorzugsweise
Schraubenfederelemente auf, kann jedoch auch beispielsweise durch
Gummibänder
elastisch deformierbare Kunststoffbälge oder bei einer ausreichenden
Abdichtung zwischen der Welle 11 und dem Schwungkörper 19 mit
entsprechenden Vorsprüngen 20, 21 mit
einem Gas, wie z.B. Luft, als Federmittel gebildet werden.
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Die
Steifigkeit der elastisch deformierbaren Einrichtung 20 bzw.
die Elastizität
ist dabei auf die Masse bzw. das Trägheitsmoment des Schwungkörpers 19 sowie
auf die Ansteuer- bzw. Drehfrequenz der Welle 11, angetrieben
durch die elektrische Antriebseinrichtung 10 abgestimmt,
um einen Resonanzeffekt, d.h. insbesondere eine Amplituden-Überhöhung des
Drehmoments auf die Welle 11 bereitzustellen.
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Wird
die Welle 11 durch die elektrische Antriebseinrichtung 10 gemäß 1 beschleunigt,
so wird das zumindest eine elastisch deformierbare Element 22 gedehnt
oder gestaucht, da der Schwungkörper 19 zunächst in
Ruhe verbleibt. Wird der Schwungkörper 19 dann durch
die auf ihn wirkende Federkraft beschleunigt, so kommt der Schwungkörper 19 nach
einem drehmomentsteigernden kurzen Überschwinger auf dieselbe Winkelumlaufgeschwindigkeit
wie die Welle 11 und verharrt aufgrund der elastischen
Kopplung mit der Welle 11 zunächst in dieser Geschwindigkeit,
auch wenn die Welle 11 aufgrund eines gepulsten Ansteuersignals
der elektrischen Antriebseinrichtung 10 bereits wieder
verzögert
wird.
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Das
Trägheitsmoment
des bewegten Schwungkörpers 19 reißt dabei
die über
die elastisch deformierbare Einrichtung 22 gekoppelte Welle 11 weiter
mit. In der Ausführungsform
gemäß 2 sind zwei
diametral gegenüberliegende
Vorsprünge 20 auf
der Welle 11 vorgesehen. Der Schwungkörper 19 weist ebenfalls
zwei diametral gegenüberliegende, nach
innen gerichtete Vorsprünge 21 auf,
welche im entspannten Zustand der vier dazwischenliegenden Federelemente 22 einen
Winkel von 90° zueinander aufweisen
und vorzugsweise als reibungsarme Lagerung auf der Welle 11 dienen.
Die Federelemente 22 gemäß 2, beispielsweise
Schraubenfedern, werden bei einem Beschleunigen bzw. Abbremsen der Welle 11 somit
auf Zug und Druck beansprucht.
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In 3 ist
schematisch ein schwingungstechnisches Ersatzmodell gemäß einer
an 1 angelehnten Ausführungsform dargestellt. Die
elektrische Antriebseinrichtung 10 wird schwingungstechnisch
durch das Trägheitsmoment
des Läufers
JL verkörpert,
welches über
die Welle 11 mit dem Trägheitsmoment
JW versehen an die Getriebeeinrichtung 12 mit
dem Trägheitsmoment
JG gekoppelt ist. Dazwischen ist jeweils
exemplarisch ein Federelement der Steifigkeit c11 vorgesehen,
welches für
die Torsionssteifigkeit der Welle 11 steht. Gemäß 3 ist
die Welle 11 mit einer hohen Torsionssteifigkeit c11 versehen.
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Die
Welle 11 ist über
eine elastisch deformierbare Einrichtung 22, beispielsweise
eine Feder, mit einer Federsteifigkeit c22 an
den Schwungkörper 19 des
Trägheitsmoments
JS gekoppelt. Die Federsteifigkeit c22 der elastisch deformierbaren Einrichtung 22 ist
dabei deutlich geringer als die der Welle 11. Die Federsteifigkeit
c22 sowie das Trägheitsmoment JS des
Schwungkörpers 19 sind
auf die Ansteuerfrequenz, mit welchem die elektrische Antriebseinrichtung 10 gepulst
angesteuert wird, sowie auf das entsprechende Tastverhältnis abgestimmt,
um durch einen Resonanzeffekt eine Drehmomenterhöhung an der Welle 11 zur Überwindung
eines Ruhemoments der Getriebeeinrichtung 12 gemäß 1 zu
erwirken.
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In 4 ist
ein schematisches schwingungstechnisches Ersatzmodell gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei wird die elektrische
Antriebseinrichtung 10 durch das Trägheitsmoment JL des entsprechenden
Läufers
repräsentiert.
Der Läufer der
elektrischen Antriebseinrichtung 10 ist über die Welle 11,
welche eine vorbestimmte Torsionssteifigkeit c11' aufweist,
an die Getriebeeinrichtung 12 mit dem Trägheitsmoment
JG gekoppelt. Dabei ist die Welle 11 entsprechend
einer Drehstabfeder mit einer im Vergleich zur Torsionssteifigkeit
c11 gemäß 3 deutlich
geringeren Torsionssteifigkeit c11' versehen. Das
Trägheitsmoment
JL des Läufers
der elektrischen Antriebseinrichtung 10 wirkt somit im
Zusammenspiel mit der Welle 11 selbst als Schwungkörper, um
den mit Bezug auf 1 bis 3 erläuterten
Effekt einer vorübergehenden
Drehmomenterhöhung an
der Welle 11 bei einem gepulsten, vorzugsweise pulsweitenmodulierten,
Ansteuersignal der elektrischen Antriebseinrichtung 10 zu
generieren.
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Gemäß einer
Weiterbildung besteht die Möglichkeit,
wie in 4 illustriert, das Trägheitsmoment JG der
Getriebeeinrichtung 12 durch eine zusätzliche Trägheitseinrichtung 23 mit
dem Trägheitsmoment
JZ zu koppeln, um eine Anpassung an die
Läuferträgheit JL sowie die Torsionssteifigkeit c11' der
Welle 11 anzupassen. Alternativ zu der illustrierten Konfiguration gemäß 4 besteht überdies
die Möglichkeit,
das zusätzliche
Trägheitselement 23 der
Trägheit
JZ direkt mit dem Läufer der elektrischen Antriebseinrichtung 10 zu
koppeln zur Addition der Trägheitsmomente
JL und JZ, um eine
Anpassung zur Erzielung des gewünschten
Effekts zu erzeugen. Auch dabei ist eine Anpassung an die Ansteuerfrequenz
sowie das Tastverhältnis
des gepulsten Ansteuersignals der elektrischen Antriebseinrichtung
von Vorteil.
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5A zeigt
ein pulsweitenmodulierten Ansteuersignal PWM über der Zeit t zur Ansteuerung der
elektrischen Antriebseinrichtung 10 gemäß 1. Gemäß 5A erfolgt
insbesondere bei niedrigen Ansteuerpegeln des Ansteuersignals der
elektrischen Antriebseinrichtung 10 gemäß 1 zur Verbesserung
der Stellgenauigkeit bei kleinen gewünschten Drehmomentwerten am
Ausgang der Getriebeeinrichtung 12 eine Ansteuerung mit
einem gepulsten Ansteuersignal 24. Das gepulste Ansteuersignal 24 verläuft bei
einer Aktivierung der elektrischen Antriebseinrichtung 10 gemäß 1 gemäß 5A zunächst auf
einem vorbestimmten negativen Amplituden-Wert, um von da ausgehend
direkt auf den entsprechenden positiven Amplituden-Wert geschaltet zu werden.
Dadurch ergibt sich eine doppelte Signal-Amplitude beim Schalten
vom negativen auf den positiven Pegelwert, welches ebenfalls einen
Verstärkungseffekt
bewirkt.
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In 5B ist
ein Standard-PWM-Ansteuersignal als gepulstes Signal 24 dargestellt.
Der Strommittelwert, d.h. die Summe der Flächen kleiner und größer Null
(Spannungszeitflächen)
entspricht dem Wert von 5A, wohingegen
bei einer Ansteuerung mit dem Ansteuersignal 24 gemäß 5A die
Amplitude der Anregung verstärkt
wird.
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Neben
einer Ansteuerung mit PWM-Signalen an der elektrischen Antriebseinrichtung 10 besteht
darüber
hinaus die Möglichkeit,
neben Rechtecksignalen auch Signale mit geringeren Flankensteilheiten
einzusetzen. Zur Bereitstellung des Ansteuersignals sind sowohl
IGBTs als auch GTOs bzw. IGCTs geeignet, abhängig davon, ob ein Strom- oder Spannungsumrichter
das gepulste Ansteuersignal liefert. Als elektrische Antriebseinrichtung 10 eignet sich
neben einer Gleichstrom-Maschine beispielsweise auch ein elektronisch
kommutierter Gleichstrom-Motor (DC-brushless) Motor, vorzugsweise
mit einem permanentmagneterregten Außenläufer zur Generation eines höheren Drehmomentes
unter Inkaufnahme einer komplexeren Ansteuerelektronik der Antriebseinrichtung.
Darüber
hinaus sind neben dem einstufigen Getriebe 12 gemäß 1 auch
mehrstufige Varianten beliebiger Übersetzungsverhältnisse vorstellbar.