DE102005023250A1

DE102005023250A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102005023250A1
Application number: DE200510023250
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Grau; Harald Hochmuth; Günter Hartig; Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Dieter Dipl.-Ing. Adler; Manfred Dr.-Ing. Kraus
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005023250B4

Abstract

Aktuator (5), mit einem Motor (9a) und mit einem Abtriebsteil (7) zum Anschluss an ein Stellelement (8a), wobei ein Gesperre (19a) vorgesehen ist, das das Abtriebsteil (7) blockiert, wenn die Antriebskraft des Aktuators (5) am Abtriebsteil (7) kleiner ist als eine äußere, an dem Abtriebsteil (7) angreifende Außenkraft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator. Aktuatoren haben einen Motor und ein Abtriebsteil, das an ein Stellelement angeschlossen ist. Das Abtriebsteil kann translatorisch oder rotatorisch wirkend ausgebildet sein. Aktuatoren werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen im Fahrwerk eingesetzt. Beispielsweise kann bei einer Radaufhängung den einzelnen Rädern jeweils ein Aktuator zugeordnet sein, der eigenständig ansteuerbar ist und die gewünschte Verstellung des aufbauseitigen Stellelementes des Radführungsgliedes durchführt. Diese Aktuatoren können am Fahrzeugaufbau abgestützt sein.

Aus DE 100 11 142 A1 beispielsweise ist eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge bekannt geworden, bei der ein als Lenker oder Stellelement ausgebildetes Radführungsglied einer Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges mit einem Ende an einem Radträger angebunden ist, und an seinem zweiten Ende von einem Aktuator angelenkt ist. Dieser Aktuator umfasst einen Elektromotor und einen Kugelgewindetrieb, dessen Gewindespindel als Abtriebsglied ausgebildet ist, dass das Radführungsglied über ein Drehgelenk anlenkt. Derartige Aktuatoren übernehmen sicherheitsrelevante Funktionen. Bei derartigen Anwendungen von Aktuatoren besteht die Forderung, dass die angelenkten Fahrwerkteile beispielsweise bei Ausfall des Aktuators keine unerwünschten Stellbewegungen durchführen, sondern in der zuletzt eingestellten Position gehalten werden. Ebenso soll sichergestellt sein, dass Außenkräfte, die über das Fahrwerk in den Aktuator rückwärts eingeleitet werden, sicher aufgefangen werden, ohne dass der Aktuator aufgrund dieser Außenkräfte dieser Außenkräfte unerwünschte Stellbewegungen durchführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aktuator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem diese Forderungen erfüllt sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Gesperre vorgesehen ist, dass das Abtriebsteil blockiert, wenn die Antriebskraft des Aktuators am Abtriebsteil kleiner ist als eine äußere an dem Abtriebsteil angreifende Außenkraft. Die Gesperre sind vorzugsweise schaltbar ausgeführt. Wenn beispielsweise ein erfindungsgemäßer Aktuator zur aktiven Verstellung des Radsturzes eines Rades eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, werden beispielsweise von außen in das Rad eingeleitete Stöße lediglich bis zu dem Abtriebsteil des Aktuators weitergeleitet. Ein Einleiten dieser Stoßkräfte in den Aktuator bis zum Motor ist ausgeschlossen, da das Abtriebsteil durch das erfindungsgemäße Gesperre blockiert ist. Diese Stoßkräfte können über das Gesperre in ein Stützteil eingeleitet werden, wobei in einer Anwendung in Kraftfahrzeugen das Stützteil in den Wirkrichtungen der Außenkraft an einem Gestellteil abgestützt sein kann.

Die Motorwelle des Motors kann an ein drehbares Antriebsteil eines Getriebes angeschlossen sein, wobei das Getriebe eine Rotation des Antriebsteiles in eine Translation oder eine Rotation des Abtriebsteiles des Getriebes umwandelt. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, das Gesperre zwischen dem Antriebsteil des Getriebes und einem beispielsweise gestellfesten Stützteil wirksam anzuordnen. Das Gesperre verbindet dann in seiner Sperrstellung das drehbare Antriebsteil drehfest mit diesem Stützteil. In seiner Freigabestellung gibt das Gesperre eine Relativdrehung zwischen dem drehbaren Antriebsteil und dem Stützteil frei. Das bedeutet, bei einer störungsfrei durchgeführten aktiven Verstellung kann das von dem Aktuator betätigte Abtriebsteil translatorisch oder rotatorisch betätigt werden, um beispielsweise den Radsturz zu verändern. Sobald beispielsweise über Schlaglöcher in der Fahrbahn Stoßkräfte in das Rad und von dem Rad schließlich auf das Abtriebsteil eingeleitet werden, die größer sind als die vom Aktuator erzeugten Stellkräfte oder Antriebskräfte am Abtriebsteil, schaltet das Gesperre selbsttätig in seine Sperrstellung. Das bedeutet, dass derartige Stoßkräfte nicht bis zum Motor des Aktuators eingeleitet werden können, um diesen etwa in unerwünschter Weise zu verstellen. Sollte der Aktuator ausfallen, beispielsweise weil der Motor ausgefallen ist, werden keine vom Aktuator erzeugten Kräfte am Abtriebsteil wirksam. In diesem Fall schaltet das Gesperre bei jeder an dem Abtriebsteil angreifenden Außenkraft selbsttätig in seine Sperrstellung.

Die Erfindung kann durch einen Aktuator gebildet sein, der einen Motor und einen Kugelgewindetrieb aufweist. Die als Abtreibsteil ausgebildete Gewindespindel des Kugelgewindetriebes ist dann an ein Stellelement anschließbar, und die Spindelmutter des Kugelgewindetriebes kann von dem Motor angetrieben werden. Das Stellelement kann ein Hebelarm sein, dessen Verstellung beispielsweise den Radsturz verändert.

Bei diesen erfindungsgemäßen Aktuatoren kann ein schaltbares Gesperre zwischen dem Antriebsteil, beispielsweise der Spindelmutter und einem Stützteil wirksam angeordnet sein, wobei das Gesperre in seiner Sperrstellung das Antriebsteil gegenüber dem Stützteil blockiert und in seiner Freigabestellung eine Relativdrehung zwischen dem Antriebsteil und dem Stützteil freigibt.

Derartige schaltbare Gesperre sind beispielsweise aus DE 44 47 480 A1 als Klemmrollengesperre bekannt geworden. Ebenso wie bei der weiter oben beschriebenen Funktion des erfindungsgemäß vorgesehenen Gesperres ist auch bei der Verwendung dieses schaltbaren Klemmrollengesperres vorgesehen, dass in dessen Sperrstellung ein von dem Motor auf das Antriebsteil übertragenes Antriebsmoment kleiner ist als ein auf das Antriebsteil übertragenes Außenmoment, dass aufgrund einer an dem Antriebsteil angreifenden Außenkraft erzeugt wird, wobei in der Freigabestellung das Antriebsmoment des Aktuators größer ist als das Außenmoment.

Dieses schaltbare Klemmrollengesperre kann einen mit Klemmrampen ver sehenen Klemmring und ein hohlzylindrisches Teil mit einer zylindrischen Klemmbahn aufweisen, die gemeinsam mit den Klemmrampen keilförmige Klemmspalten bildet, in denen Klemmrollen angeordnet sind, die mit den Klemmspalten in und außer Klemmeingriff schaltbar sind. Bei derartigen schaltbaren Klemmrollengesperren stehen die Rollen in ständiger Klemmbereitschaft. Zu diesem Zweck können die Klemmrollen mittels Federn in die sich keilförmig verjüngenden Klemmspalte hineingefedert werden, sodass die Klemmrollen einerseits an der zylindrischen Klemmbahn und andererseits an den Klemmrampen anliegen. Üblicherweise sind mehrere in Umfangsrichtung verteilte keilförmige Klemmspalte vorgesehen, die sich in entgegen gesetzten Richtungen verjüngen. Eine Relativdrehung des Klemmrings gegenüber dem hohlzylindrischen Teil ist bei dieser Anordnung ausgeschlossen. Um eine Relativdrehung zu ermöglichen, kann ein Schaltteil vorgesehen sein, das mit Schaltflächen zum Freischalten der Klemmrollen versehen ist. Freigeschaltete Klemmrollen stehen nicht in Klemmbereitschaft mit den Klemmrampen und der zylindrischen Klemmbahn.

Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die Motorwelle des Motors drehfest mit einem Schaltteil verbunden ist, das mit Schaltflächen zum Freischalten der Klemmrollen und mit einem Mitnehmer zur formschlüssigen Mitnahme des Klemmrings versehen ist. Der Klemmring kann drehfest mit dem Antriebsteil verbunden sein, aber auch einstückig mit diesem ausgebildet sein. Ferner kann der Klemmring koaxial in dem hohlzylindrischen Teil angeordnet sein, wobei dieses hohlzylindrische Teil drehfest mit dem Stützteil verbunden ist. Wenn der Aktuator betätigt wird, dreht die Motorwelle gemeinsam mit dem Schaltteil. Aufgrund einer geringfügigen Relativdrehung des Schaltteils gegenüber dem Klemmring werden die entsprechenden in Klemmbereitschaft stehenden Klemmrollen aus ihren Klemmspalten herausgedrückt, sodass diese Klemmrollen nicht länger in Klemmbereitschaft stehen. Nach dem Freischalten dieser Klemmrollen nehmen die Mitnehmer des Schaltteiles den Klemmring formschlüssig mit. Nun kann in bekannter Weise das rotierende Antriebsteil eine translatorische Verschiebung des Abtriebsteiles erzeugen. Sobald an dem Abtriebsteil eine äußere Axialkraft angreift, die größer ist als die von dem Aktuator erzeugte axiale Stellkraft an dem Abtriebsteil, greift an dem Antriebsteil ein aus dieser Außenkraft resultierendes Außenmoment an, wodurch eine Relativdrehung des Antriebsteiles gegenüber dem Schaltteil einsetzt. Aufgrund dieser beginnenden Relativdrehung werden die Klemmrollen in ihre keilförmigen Klemmspalte hineingezwungen, so dass das hohlzylindrische Teil mit dem Klemmring drehfest gekoppelt ist. Aufgrund der Außenkraft in den erfindungsgemäßen Aktuator eingeleitete Momente werden demzufolge über das schaltbare Klemmrollengesperre in das Stützteil eingeleitet und können keine unerwünschte Stellbewegung des Aktuators hervorrufen.

Ein besonders kompaktbauender erfindungsgemäßer Aktuator sieht ein Gehäuse vor, in dem der als Elektromotor ausgebildete Motor, das schaltbare Gesperre und das Getriebe untergebracht sind. Vorzugsweise kann das Gehäuse gleichzeitig das Motorgehäuse des Elektromotors sein.

Wenn die Gewindespindel an dem Abtriebsteil ausgebildet ist, ist es zweckmäßig, den mit der Gewindespindel versehenen Teil des Abtriebsteiles gegen Verschmutzung zu schützen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, wenn ein Faltenbalg vorgesehen ist, der einerseits an dem Gehäuse befestigt ist, und der andererseits außerhalb des Gehäuses an dem Antriebsteil befestigt ist und die Gewindespindel einschließt.

Erfindungsgemäße Aktuatoren können sicherheitsrelevante Funktionen im Fahrwerk von Kraftfahrzeugen übernehmen. Beispielsweise kann ein aktiver Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeuges für die aktive Verstellung des Radsturzes oder den aktiven Wankausgleich mit einem erfindungsgemäßen Aktuator versehen sein, wobei das Abtriebsteil des Aktuators ein Stellelement des Fahrwerklenkers anlenkt, und wobei der Aktuator gestellfest abgestützt ist.

Anstelle der oben beschriebenen schaltbaren Klemmrollengesperre können auch sogenannte schaltbare Klemmkörpergesperre eingesetzt werden. In diesem Fall sind der Klemmring und das hohlzylindrische Teil an ihren einander zugewandten Mantelflächen jeweils mit einer zylindrischen Klemmbahn ausgerüstet. Die Klemmkörper sind dann in dem von diesen zylindrischen Klemmbahnen gebildeten Ringspalt angeordnet und mit ihren Klemmkörperflächen gegen die zylindrischen Klemmbahnen angefedert. Durch Kippen der Klemmkörper können diese außer Klemmeingriff mit den zylindrischen Klemmbahnen gebracht werden. Demzufolge ist das Schaltteil derart auszubilden, dass ein Kippen der Klemmkörper bewerkstelligt werden kann.

Aufgrund der Ausfallsicherheit eignen sich erfindungsgemäße Aktuatoren insbesondere im Kraftfahrzeugbereich zur aktiven Verstellung des Radsturzes, zur aktiven Einstellung der Radspur, zum Beispiel bei der Hinterachslenkung, ferner zur aktiven Fußpunktverstellung einer Fahrwerksfeder bei einer elektromechanischen Niveauregulierung.

Sofern erfindungsgemäße Aktuatoren mit dem oben beschriebenen Kugelgewindetrieb versehen sind, kann anstelle der Spindelmutter die Gewindespindel vom Motor angetriebenen werden, wobei dann die Spindelmutter drehfest angeordnet ist. Die gestellfeste Abstützung der Spindel oder der Spindelmutter kann beispielsweise am Fahrwerksgelenk vorgesehen sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Rad eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Aktuator für die aktive Sturzverstellung,
2 den Aktuator aus 1 im Längsschnitt und
3 in perspektivischer Darstellung eine Einzelheit des Aktuators gemäß 2 und
4 einen weiteren erfindungsgemäßen Aktuator in perspektivischer Darstellung im teilweisen Längsschnitt.
1 zeigt im Querschnitt ein Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeuges und Teile der Radaufhängung. Das Radlager 1 des Fahrzeugrades hat einen Außenring 2 der an seiner Außenfläche ballig geformt ist und in einem Schwenklager 3 angeordnet ist, das Schwenkbewegungen des Fahrzeugrades zur Verstellung des Radsturzes ermöglicht. Das Schwenklager 3 hat eine virtuelle Drehachse D. Der Radsturz kann durch Schwenken des Rades um diese virtuelle Drehachse D verstellt werden.
Zur aktiven Sturzverstellung ist ein Aktuator 5 vorgesehen, der an seinem Lagerauge 6 gestellfest an einem hier nur schematisch angedeuteten Gestellteil 6a schwenkbeweglich gelagert ist. Ein Abtriebsteil 7 des Aktuators 5 ist drehgelenkig mit einem Hebelarm 8 des Außenringes 2 des Radlagers 1 verbunden. Zur Verstellung des Radsturzes wird das Abtriebsteil 7 translatorisch verlagert, wodurch der Außenring 2 über ein Verschwenken des Hebelarms 8 im Schwenklager 3 verschwenkt. Der Hebelarm 8 bildet ein Stellelement 8a, dessen Verstellung beispielsweise eine Änderung des Radsturzes bewirkt.
2 zeigt im Längsschnitt den Aktuator 5. Der Aktuator 5 umfasst einen als Elektromotor 9 ausgebildeten Motor 9a, der ein Gehäuse 10, einen lediglich schematisch angedeuteten Stator 11 und einen Rotor 12 aufweist, der zugleich die Motorwelle 12a bildet.
Der Aktuator 5 umfaßt ferner ein als Kugelgewindetrieb 13 ausgebildetes Getriebe 13a, dessen Spindelmutter 14 ein Antriebsteil 14a bildet und über ein Wälzlager 15 (Vierpunktkugellager) in dem Gehäuse 10 gelagert ist. Der Kugelgewindetrieb 13 umfaßt ferner eine Gewindespindel 16, die vorliegend in axialer Verlängerung einstückig mit dem Abtriebsteil 7 ausgebildet ist. In bekannter Weise sind zwischen der Spindelmutter 14 und der Gewindespindel 16 hier nicht weiter abgebildete Kugeln angeordnet, die an Laufbahnen 17, 18 der Spindelmutter 14 und der Gewindespindel 16 abwälzen und in endlosen Kugelbahnen umlaufen. Eine Rotation der Spindelmutter 14 wird in eine Translation der Gewindespindel 16 umgewandelt.
Der Rotor 12 des Elektromotors 9 – also die Motorwelle 12a – ist über ein schaltbares Klemmrollengesperre 19 an die Spindelmutter 14 des Kugelgewindetriebes 13 angekoppelt. Das schaltbare Klemmrollengesperre 19 ist ein Gesperre 19a.
Das schaltbare Klemmrollengesperre 19 ist in der 3 in perspektivischer Darstellung abgebildet und weiter unten ausführlich beschrieben.
Die Gewindespindel 16 wird unter Drehung der Spindelmutter 14 translatorisch verlagert und kann stirnseitig das Gehäuse 10 überragen. Das Eindringen von Verunreinigungen in den Kugelgewindetrieb 13 ist dadurch verhindert, dass ein Faltenbalg 20 vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende an dem einen stirnseitigen Ende des Gehäuses 10 dicht anliegt, und der mit seinem anderen Ende an dem Abtriebsteil 7 dicht anliegt. Somit ist die Gewindespindel 16 vollständig nach außen abgedichtet.
3 zeigt in perspektivischen Darstellung das schaltbare Klemmrollengesperre 19. Es umfaßt einen Klemmring 21, der auf der hier nicht abgebildeten Spindelmutter 14 des Kugelgewindetriebes 13 drehfest angeordnet ist. Es umfaßt ferner ein hohlzylindrisches Teil 22, von dem hier lediglich ein Segment in schematischer Darstellung abgebildet ist. Der Klemmring 21 und das hohlzylindrische Teil 22 sind koaxial zueinander angeordnet. Das hohlzylindrische Teil 22 ist drehfest mit dem Gehäuse 10 Elektromotors 9 verbunden und bildet ein gestellfestes Stützteil 22a. Das hohlzylindrische Teil 22 ist vorliegend einstückig mit dem Gehäuse 10 verbunden und bildet somit einen Teil dieses Gehäuses 10. Zwischen dem hohlzylindrischen Teil 22 und dem Klemmring 21 sind eine Vielzahl von Paaren von Klemmrollen 23 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Zwischen zwei Klemmrollen 23 eines Paares ist jeweils eine Druckfeder 24 angeordnet, die gegen die beiden Klemmrollen 23 angefedert ist.
Der Klemmring 21 ist mit einer Vielzahl von Klemmrampen 25, 26 versehen, wobei zu jedem Paar Klemmrollen 23 ein Paar Klemmrampen 25, 26 gehören, die eine gegenläufige Rampensteigung aufweisen.
Das hohlzylindrische Teil 22 ist an seinem Innenumfang mit einer zylindrischen Klemmbahn 27 versehen, die gemeinsam mit dem Klemmrampen 25, 26 des Klemmrings 21 keilförmige Klemmspalte 28 begrenzt, in die die beiden Klemmrollen 23 eines jeden Paares von den Druckfedern 24 hineingefedert werden, und zwar in Richtung auf die verjüngten Enden der keilförmigen Klemmspalte 28. Demzufolge sind die Klemmrollen 23 in ständiger Klemmbereitschaft mit der zylindrischen Klemmbahn 27 und den Klemmrampen 25, 26. Die Klemmspalte 28 eines jeden Paares verjüngen sich in entgegengesetzten Richtungen, der eine Klemmspalt 28 im Uhrzeigersinn, der andere entgegen dem Uhrzeigersinn.
Das schaltbare Klemmrollengesperre 19 umfaßt ferner ein Schaltteil 29 zum Freischalten der Klemmrollen 23. Wenn die Klemmrollen 23 freigeschaltet sind, stehen sie nicht länger in Klemmbereitschaft mit der zylindrischen Klemmbahn 27 und den Klemmrampen 25 oder 26. Das Schaltteil 29 ist mit Schaltflächen 30 als Anlagefläche für die Klemmrollen 23 versehen. Das Schaltteil 29 ist gegenüber dem Klemmring 21 innerhalb eines Schaltwinkels relativ verdrehbar. Dieser Schaltwinkel wird begrenzt durch einen formschlüssige Mitnahme des Klemmrings 21 durch das Schaltteil 29. Diese formschlüssige Mitnahme ist gewährleistet durch am Schaltteil 29 vorgesehene Mitnehmer 31, die an Anschläge 32 des Klemmrings 21 anschlagen, wenn das Schaltteil 19 relativ zum Klemmring 21 verschwenkt ist.
Vorliegend ist das Schaltteil 29 mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Klauen 33 versehen, die in Nuten 34 des Klemmrings 21 mit Spiel in den Umfangsrichtungen eingreifen. Die Nutenwände bilden die An schläge 32. Die Mitnehmer 31 sowie die Schaltflächen 30 sind an den Klauen 33 ausgebildet.
Das Schaltteil 29 ist drehfest mit der Motorwelle 12a des Elektromotors 9 verbunden.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Aktuators näher erläutert. Zur Verstellung des Radsturzes wird der Elektromotor 9 betätigt. Der Rotor 12 und das Schaltteil 29 beginnen gemeinsam zu drehen. Innerhalb des Schaltwinkelbereichs dreht zunächst der Rotor 12 mit dem Schaltteil 29 relativ zum drehfest mit der Spindelmutter 14 des Kugelgewindetriebes 13 verbundenen Klemmring 21. Während dieser Relativdrehung des Schaltteils 29 gegenüber dem Klemmring 21 beispielsweise im Uhrzeigersinn (siehe 3) erfolgt zunächst das Freischalten von Klemmrollen 23 sowie anschließend die Mitnahme des Klemmrings 21.
In der 3 wird von allen Klemmrollenpaaren die jeweils linke Klemmrolle 23 von der benachbarten Schaltfläche 30 kontaktiert und weg von den jeweiligen Klemmrampen 25 geschoben. Das bedeutet, diese Klemmrollen 23 werden in den Klemmspalten 28 in Richtung auf das erweiterte Ende des Klemmspaltes 28 hin verschoben. Diese linksseitig angeordneten Klemmrollen 23 aller Klemmrollenpaare sind dann außer Klemmeingriff. Wenn diese linksseitig angeordneten Klemmrollen 23 aller Klemmrollenpaare freigeschaltet sind, schlagen die Mitnehmer 31 des Schaltteils 29 gegen die Anschläge 32 des Klemmrings 21: Die Nuten 34 des Klemmrings 21 sind umfangsseitig in beiden Richtungen begrenzt durch die Anschläge 32. Die Mitnehmer 31 des Schaltteils 29 schlagen bei dem beschriebenen Vorgang gegen die in Umfangsrichtung rechts liegenden Anschläge 32 des Klemmrings 21. Nun nimmt das Schaltteil 29 den Klemmring 21 und somit die Spindelmutter 14 des Kugelgewindetriebes 13 formschlüssig mit. Eine Drehmomentübertragung vom Rotor 12 über den Kugelgewindetrieb 13 zum Abtriebsteil 7 ist somit gewährleistet. Durch lineare Verschiebung des Abtriebsteils 7 wird nun der Hebelarm 8 verschwenkt, sodass der Radsturz verändert wird.
Während der beschriebenen Leistungsübertragung vom Elektromotor 9 zum Abtriebsteil 7 bleiben zwar die in 3 rechts liegenden Klemmrollen 23 aller Klemmrollenpaare nach wie vor in Klemmbereitschaft mit den Klemmrampen 26 und der zylindrischen Klemmbahn 27. Jedoch werden diese Klemmrollen 23 nicht eingeklemmt, da aufgrund der gemeinsamen Relativdrehung des Klemmrings 21 und des Schaltteils 29 gegenüber dem hohlzylindrischen Teil 22 diese rechts liegenden Klemmrollen 23 in Richtung auf das erweiterte Ende des Klemmspaltes 28 angerollt werden. Diese Klemmrollen können somit nicht klemmen.
Wenn der Rotor 12 des Elektromotors 9 in entgegengesetzter Drehrichtung betätigt wird, findet der Freischaltvorgang der Klemmrollen 23 und die Mitnahme des Klemmrings 21 in der gleichen beschriebenen Weise statt, wobei dann jedoch die rechts liegenden Klemmrollen 23 aller Klemmrollenpaare von dem Schaltteil 29 freigeschaltet werden, und wobei die Mitnehmer 31 an die jeweils links liegenden Anschläge der Nuten 34 anschlagen, um den Klemmring 21 formschlüssig mitzunehmen.
Ist der Elektromotor 9 stromlos, oder werden aufgrund von Schlaglöchern in der Fahrbahn große Stoßkräfte in Längsrichtung des Abtriebsteiles 7 in den Kugelgewindetrieb 13 eingeleitet, ist bei dem erfindungsgemäßen Aktuator 5 sichergestellt, dass diese Stoß- oder Außenkraft nicht bis zum Rotor 12 des Elektromotors 9 gelangt: Ohne das erfindungsgemäß vorgesehene Gesperre würde unter dieser Außenkraft eine lineare Verschiebung des Abtriebsteiles 7 und somit der Gewindespindel 16 einsetzen, die eine Drehbewegung der Spindelmutter 14 einleiten könnte. Das würde bedeuten, dass die Spindelmutter 14 gemeinsam mit dem Klemmring 21 drehen würde.
Das Gesperre verhindert unerwünschte Stellbewegungen. Angenommen, der drehfest mit der Spindelmutter verbundene Klemmring 21 will unter der Außenkraft im Uhrzeigersinn drehen (3), dann werden die links lie genden Klemmrollen 23 sämtlicher Klemmrollenpaare in ihre Klemmspalten 28 hineingezwängt, sodass in dieser Sperrstellung Drehmomente über die Klemmrollen 23 in das hohlzylindrische Teil 22 eingeleitet werden. Dieses hohlzylindrische Teil 22 ist Teil des Gehäuses 10. Um die Rotationsachse des Rotors 12 des Elektromotors 9 herum wirkende Drehmomente werden von dem Gehäuse 10 über das Lagerauge 6 in das hier lediglich schematisch angedeutete gestellfeste Gestellteil 6a eingeleitet. Bei diesem erfindungsgemäßen Aktuator 5 ist die Sperrstellung des Gesperres selbsttätig eingestellt, wenn die Antriebskraft des Aktuators 5 am Abtriebsteil 7 kleiner ist als die erwähnte Außenkraft.
Sobald ein über die Spindelmutter 14 in den Klemmring 21 eingebrachtes Drehmoment größer ist als ein von dem Elektromotor 9 in den Klemmring 21 eingebrachtes Drehmoment sperrt das Klemmgesperre 19 jede weitere axiale Verlagerung des Abtriebsteils 7. Bei dem erfindungsgemäßen Aktuator 5 ist somit auch bei ausgefallenem Elektromotor 9 sichergestelllt, dass keine unerwünschten translatorischen Bewegungen des Abtriebsteils 7 einsetzten können. In den beschriebenen Situationen (Sperrstellung des Klemmgesperres) ist der Aktuator 5 eingefroren.
Vorliegend ist der Klemmring 21 des schaltbaren Klemmrollengesperres 19 als separates Bauteil ausgeführt und drehfest mit der Spindelmutter 14 verbunden. Es ist jedoch problemlos möglich, die Spindelmutter 14 und den Klemmring 21 einstückig auszuführen. Beispielsweise kann ein derartiger Ring im Sinterverfahren gesintert werden. Am Innenumfang dieses so gesinterten Teils können dann die Laufbahnen für die Kugeln ausgebildet werden, und am Außenumfang dieses so gesinterten Teiles können die Klemmrampen und Anschläge vorgesehen werden.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das hohlzylindrische Teil 22 des schaltbaren Klemmgesperres zugleich Teil des Gehäuses 10 des Elektromotors 9. Es ist jedoch problemlos möglich, das hohlzylindrische Teil als separaten Ring auszuführen, der in eine Gehäusebohrung des Gehäu ses 10 drehfest angeordnet wird.
Vorliegend sind eine Vielzahl von Klemmrollenpaaren vorgesehen. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, beliebige andere Anordnungen von Klemmrollen und Klemmrampenanordungen vorzusehen. Es muß lediglich sichergestellt sein, dass wenigstens zwei Klemmspalte ausgebildet sind, die sich in Umfangsrichtung in entgegen gesetzten Richtung verjüngen.
Die Rampenwinkel der Klemmrampen sind bei erfindungsgemäßen Aktuatoren so gewählt, dass ein selbstverstärkender Effekt auftritt, wobei das Lösen mit geringem Momentenaufwand des Motors ebenfalls möglich ist. Ein selbsttätiges Anlaufen oder Verschieben der Gewindespindel ist unterbunden.
Anstelle des hier beschriebenen schaltbaren Klemmrollengesperres kann ebenso ein schaltbares Klemmkörpergesperre vorgesehen werden. Bei einem schaltbaren Klemmkörpergesperre sind die Klemmbahnen für die Klemmkörper gebildet durch zwei zylindrische Klemmbahnen, wobei die innere Klemmbahn an einem inneren Bauteil und die äußere Klemmbahn an einem äußeren Bauteil ausgebildet ist. Die Klemmkörper sind in dem von diesem Klemmflächen gebildeten Ringspalt eingesetzt und über den Umfang verteilt angeordnet. Die Klemmkörper haben an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine gekrümmte Klemmkörperfläche. Diese Klemmkörper können um eine Kippachse gekippt werden, wobei diese Kippachse vorliegend parallel zur Drehachse des Rotors des Elektromotors ausgebildet ist. Diese Kippachsen liegen etwa mittig in diesen Klemmkörpern. Die Klemmkörper werden beispielsweise mittels Druckfedern so gekippt, dass sie sich in dem Ringspalt aufrichten wollen und gegen die zylindrischen Klemmflächen des inneren und des äußeren Teiles angefedert werden. Bei derartigen schaltbaren Klemmkörpergesperren ist ein Schaltteil vorgesehen, das an jedem Klemmkörper zu beiden Seiten der Kippachse angreifen kann. Die Klemmkörper sind so angeordnet, dass in dem einen Drehsinn zwischen dem äußeren und dem inneren Teil die einen Klemmkörper eingeklemmt sind, und dass in dem anderen Drehsinn zwischen dem inneren und dem äußeren Teil die anderen Klemmkörper eingeklemmt sind. Zum Freischalten dieses schaltbaren Klemmkörpergesperres schaltet das Schaltteil die entsprechenden Klemmkörper frei, wobei die betreffenden Klemmkörper um ihre Kippachse gekippt und außer Klemmeingriff mit den zylindrischen Klemmbahnen gebracht sind. Das Schaltteil ist dann ebenso wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Mitnehmern versehen, die gegen Anschläge des inneren oder des äußeren Teils anschlagen und dieses formschlüssig mitnehmen. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel ist ein derartiges Schaltteil drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden.
Erfindungsgemäße Aktuatoren können mit Sensoren bestückt sein, die die aktuelle Position der Gewindespindel erfassen.
Die schaltbaren Klemmrollengesperre und die schaltbaren Klemmkörpergesperre, sowie schaltbare Klinkengesperre sind schaltbare Gesperre, die für die Erfindung eingesetzt werden können.
Der in 4 abgebildete erfindungsgemäße Aktuator 35 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, dass ein stangenförmiges Abtriebsteil 36 ein Gehäuse 37 mit beiden Enden durchdringt, wobei die beiden Enden des Abtriebteiles 36 außerhalb des Gehäuses 37 an hier nicht abgebildete Stellelemente angeschossen sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass in dem Gehäuse 37 zusätzlich eine Wellenführung 38 eingebaut ist. Die Wellenführung 38 führt das längsverschiebliche Abtriebsteil 36 und sichert es gegen Verdrehung um dessen Längsachse. Die Wellenführung 38 kann als Kugelbüchse ausgeführt sein. In diesem Fall wälzen Kugeln endlos in einem endlosen Kugelkanal der Kugelbüchse um. An einander gegenüberliegenden Seiten der Kugelbüchse und des Abtreibsteiles 36 sind Kugelrillen für die Kugeln ausgebildet. Die Führung der Kugeln in den Kugelrillen verhindert Drehbewegungen des Abtriebsteiles 36 um dessen Längsachse. Ebenso wie bei dem oben beschriebenen Aktuator sind in dem Gehäuse 37 der Motor 9a, der Rotor 12 und der Kugelgewindetrieb 13 und das Gesperre 19a untergebracht. Die Funktionsweise des Aktuators 35 entspricht der des Aktuators 5: sobald an dem Abtriebsteil 36 eine äußere Kraft in Längsrichtung des Abtriebsteiles 36 eingreift, die größer ist als die Antriebskraft des Aktuators 35 an dem Abtriebsteil 36, sperrt das Gesperre 19a jede weitere Relativverschiebung des Abtriebsteiles 36 gegenüber dem Gehäuse 37, wobei der Motor 9a von der äußeren Kraft nicht belastet wird. Das Gehäuse 37 ist an einem hier nicht abgebildeten Gestellteil befestigt. Ebenso wie bei dem oben beschriebnen Aktuator sind bei dem Aktuator 35 Faltenbälge vorgesehen, die hier nicht abgebildet sind. Diese Faltenbälge sind an beiden Durchtrittsstellen des Abtriebsteiles 36 einerseits an dem Gehäuse 37 und andererseits an dem Abtriebsteil 36 direkt anliegend angebracht. Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäßen Aktuatoren sind selbstverständlich nicht auf die Anwendung zur Verstellung des Radsturzes beschränkt; vielmehr eignen sich die beschriebenen erfindungsgemäßen Aktuatoren auch zur Einstellung der Radspur und zur Fußpunktverstellung einer Fahrwerksfeder bei einer elektromechanischen Niveauregulierung.

1: Radlager
2: Außenring
3: Schwenklager
4: Radträger
5: Aktuator
6: Lagerauge
6a: Gestellteil
7: Abtriebsteil
8: Hebelarm
8a: Stellelement
9: Elektromotor
9a: Motor
10: Gehäuse
11: Stator
12: Rotor
12a: Motorwelle
13: Kugelgewindetrieb
13a: Getriebe
14: Spindelmutter
14a: Antriebsteil
15: Wälzlager
16: Gewindespindel
17: Laufbahn
18: Laufbahn
19: Klemmrollengesperre
19a: Gesperre
20: Faltenbalg
21: Klemmring
22: hohlzylindrisches Teil
22a: Stützteil
23: Klemmrolle
24: Druckfeder
25: Klemmrampe
26: Klemmrampe
27: zylindrische Klemmbahn
28: Klemmspalt
29: Schaltteil
30: Schaltfläche
31: Mitnehmen
32: Anschlag
33: Klaue
34: Nut
35: Aktuator
36: Abtriebsteil
37: Gehäuse
38: Wellenführung

Claims

Aktuator (5, 35), mit einem Motor (9a), und mit einem Abtriebsteil (7, 36) zum Anschluss an ein Stellelement (8a), dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesperre (19a) vorgesehen ist, das das Abtriebsteil (7, 36) blockiert, wenn die Antriebskraft des Aktuators (5) am Abtriebsteil (7) kleiner ist als eine äußere, an dem Abtriebsteil (7) angreifende Außenkraft.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 1, wobei eine Motorwelle (12a) des Motors (9a) an ein drehbares Antriebsteil (14a) eines Getriebes (13a) angeschlossen ist, wobei das Getriebe (13a) eine Rotation des Antriebsteiles (14a) in eine Translation oder Rotation des Abtriebteiles (7, 36) des Getriebes (13a) umwandelt.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 2, bei dem das Gesperre (19a) zwischen dem Antriebsteil (14a) des Getriebes (13a) und einem Stützteil (22a) wirksam angeordnet ist, wobei das Gesperre (19a) in seiner Sperrstellung das drehbare Antriebsteil (14a) drehfest mit dem Stützteil (22a) verbindet, und wobei das Gesperre (19a) in seiner Freigabestellung eine Relativdrehung zwischen dem drehbaren Antriebsteil (14a) und dem Stützteil (22a) freigibt.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 2, bei dem in der Sperrstellung des Gesperres (19a) ein an dem drehbaren Antriebsteil (14a) angreifendes Antriebsmoment des Aktuators (5, 35) kleiner ist als ein an dem drehba ren Antriebsteil (14a) angreifendes Außenmoment, das aufgrund der an dem Abtriebsteil (7) angreifenden Außenkraft erzeugt ist.
Aktuator (5, 35), mit einem Motor (9a), und mit einem Kugelgewindetrieb (13), dessen Abtriebsteil (7, 36), Gewindespindel (16) an ein Stellelement (8a) anschließbar ist, und dessen als Antriebsteil (14a) ausgebildete Spindelmutter (14) von dem Motor (9a) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Gesperre (19a) zwischen der Spindelmutter (14) und einem Stützteil (22a) wirksam angeordnet ist, wobei das Gesperre (19a) in seiner Sperrstellung die Spindelmutter (14) blockiert und in seiner Freigabestellung eine Relativdrehung zwischen der Spindelmutter (14) und dem Stützteil (22a) freigibt.
Aktuator (5, 35) nach einem oder mehreren der vorangegangene Ansprüche, bei dem in der Sperrstellung des Klemmgesperres ein von dem Motor (9a) auf das Antriebsteil (14a) übertragbares Antriebsmoment kleiner ist als ein auf das Antriebsteil (14a) übertragbares Außenmoment, das aufgrund einer an dem Abtriebsteil (7, 36) angreifenden Außenkraft erzeugt wird, wobei in der Freigabestellung das Antriebsmoment größer ist als das Außenmoment.
Aktuator (5, 35) nach einem oder mehreren der vorangegangene Ansprüche, bei dem ein schaltbares Klemmrollengesperre (19) einen mit Klemmrampen (25, 26) versehenen Klemmring (21) und ein hohlzylindrisches Teil (22) mit einer zylindrischen Klemmbahn (27) aufweist, die gemeinsam mit den Klemmrampen (25, 26) keilförmige Klemmspalte (28) bildet, in denen Klemmrollen (23) angeordnet sind, die mit den Klemmspalten (28) in und außer Klemmeingriff schaltbar sind.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 7, bei dem ein drehfest mit einer Motorwelle (12a) des Motors (9a) verbundenes Schaltteil (29) mit Schaltflächen (30) zum Freischalten der Klemmrollen (23) und mit einem Mit nehmer (31) zur formschlüssigen Mitnahme des Klemmrings (21) versehen ist.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 7, bei dem der Klemmring (21) drehfest mit dem Antriebsteil (14a) verbunden und koaxial in dem hohlzylindrischen Teil (22) angeordnet ist, wobei das hohlzylindrische Teil (22) drehfest mit dem Gestellteil (6a) verbunden ist.
Aktuator (5, 35) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, bei dem in einem Gehäuse (10, 37) der als Elektromotor (9) ausgebildete Motor (9a), das schaltbare Gesperre (19a), das dem Motor (9a) nachgeschaltete Getriebe (13a) beispielsweise der Kugelgewindetrieb (13) untergebracht sind.
Aktuator (5, 35) nach Anspruch 10, bei dem das Abtriebsteil (7) die Gewindespindel (16) umfasst, wobei das Abtriebsteil (7, 36) aus dem Gehäuse (10, 37) herausragt, und wobei ein Faltenbalg (20) einerseits an dem Gehäuse (10) befestigt und andererseits außerhalb des Gehäuses (10, 37) an dem Abtriebsteil (7, 36) befestigt ist und die Gewindespindel (16) einschließt.
Aktiver Fahrwerkslenker eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise für die aktive Verstellung des Radsturzes oder für den aktiven Wankausgleich, mit einem Aktuator (5, 35) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Abtriebsteil (7, 36) des Aktuators (5, 35) das als Lenkteil ausgebildete Stellelement (8a) des Fahrwerklenkers anlenkt.