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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines
Stell- oder Schaltelementes gemäß dem Oberbegriff
Patentanspruchs 1.
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Vorrichtungen
für die
Betätigung
von Schaltelementen in automatisierten Getrieben besitzen meist
einen Stellantrieb und ein Übertragungsglied, durch
welches ein vom Stellantrieb erzeugtes Moment in eine Stellkraft
umgesetzt wird. Dadurch wird eine Steuerung des Einrückens und
Ausrückens
einer Kupplung, einer Bremse oder eines anderen Stellelementes ermöglicht.
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In
der
DE 12 538 04 ist
eine derartige Vorrichtung beschrieben, welche als Stellantrieb
einen Schiebankermotor vorgesehen hat, dessen Rotorwelle beidendig
aus dem Motorgehäuse
herausführt und
an einem Ende mit einer Gewindebüchse
versehen ist. Die Gewindebüchse
wirkt mit einer längsverschieblichen
drehfest angeordneten Mutter zusammen, wobei die Mutter zwischen
zwei, bei Überschreitung
eines voreingestellten Stelldruckes der Rotorwelle, nachgebenden
Elementen angeordnet ist. Weiter ist die Mutter mit einem Kontaktglied
versehen, welches sich zwischen zwei den Motor steuernden Kontaktstellen
bewegt. In der beschriebenen Vorrichtung ist die Gewindebuchse und
die Mutter des Übertragungsgliedes
axial neben dem Antrieb angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung ist
der Aufbau weder kompakt noch ist er aufgrund der vielen Bauteile
kostengünstig
herstellbar.
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In
der noch nicht veröffentlichen
DE 10 2004 045 32 der
Anmelderin werden mehrere Stelleinrichtungen beschrieben, wobei
alle mit einem Stellantrieb und einem separaten Übertragungsglied vorgesehen
sind. Das Übertragungsglied
kann auf unterschiedliche Weise gestaltet werden, eine davon ist das
in der
DE 12 538 04 benutzte
Wirkprinzip einer Mutter-/Schraubenverbindung, wobei zwischen dem Rotor
des Stellantriebes und der Spindel des Über tragungsgliedes eine feste
Verbindung besteht. Die Spindel des Übertragungsgliedes führt die
Hubbewegung aus und muss entsprechend gelagert werden, hier mit
Gleitlagerung im Motorgehäuse.
Der Stellantrieb und das Übertragungsglied
sind axial hinter einander angeordnet und nehmen deshalb auch viel
axiale Baulänge
in Anspruch.
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Weitere
Varianten in welchem der Stellantrieb und das Übertragungsglied axial nebeneinander angeordnet
sind, sind beispielsweise aus der
DE
103 61 127 bekannt. Diese Lösung leitet jedoch auch nicht
zu einem insgesamt geringeren Bauraum, sonder ändert nur die Ausbreitung der
gesamten Stellvorrichtung.
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Die
beschriebenen Lösungen
aus dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass der Bauraum der
Vorrichtungen relativ groß wird
und somit problematisch ist in Bezug auf Einschränkungen des vorhandenen Bauraums,
der heutzutage in Kraftfahrzeugen zur Verfügung steht. Diese Lösungen zeigen unterschiedliche
Möglichkeiten
für eine
Platzierung des Übertragungsgliedes
relativ zum Antrieb, wobei alle Lösungen mehrere Lagerungen aufweisen,
welche wiederum zu erhöhten
Herstellungskosten und niedrigem Wirkungsgrad aufgrund Friktionsverluste führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem Stellantrieb zur
Betätigung
eines Stell- oder Schaltelementes, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug,
vorzuschlagen, welches ein geringeren Bauraum in Anspruch nimmt
als die heute bekannten Systeme besitzt und gleichzeitig aus weniger
Teilen aufgebaut ist und somit kostengünstiger herstellbar ist und
einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit
einem Stellantrieb und einem Übertragungsglied,
wobei der Stellantrieb zumindest aus einem Stator und einem Rotor besteht
und im Übertra gungsglied
eine Umwandlung von einer Rotations- in eine Translationsbewegung erfolgt.
Der Stator ist in axialer Richtung deutlich länger als der Rotor ausgebildet,
welcher axialverschieblich innerhalb des Stators angeordnet ist.
Der Längenunterschied
entspricht etwa der gewünschten axialen
Hubbewegung des Rotors. So kann vorteilhafterweise während des
gesamten axialen Verstellweges des Rotors ein gleich hohes elektromagnetisches
Moment auf den Rotor erzeugt werden. Das erfindungsgemäß innerhalb
des Rotors vorgesehene Übertragungsglied
hat ein ähnliches
Wirkprinzip wie eine Mutter-/Schraubenverbindung, welche ein Drehmoment
in eine axiale Stellkraft umwandelt. Wie bei bekannten Elektromotoren
besteht ein Luftspalt zwischen Stator und Rotor, wobei die Dicke
des Luftspalts abhängig
von den gewünschten
elektromagnetischen Eigenschaften des Motors gewählt ist. Der Luftspalt wird
für die
Bewegung in axialer Richtung als berührungsfreies Lager genutzt.
Die Ausnutzung des Luftspaltes als Lager führt zu weniger Lagerteile als
bei herkömmlichen
Lösungen,
weiterhin zu geringerem Verschleiß und kostengünstigerer Herstellung.
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Das Übertragungsglied
besteht beispielsweise aus zwei Teilen, nämlich einem Außenteil
und einem Innenteil, wobei das Außenteil drehfest mit dem Rotor
verbunden ist und das Innenteil ortsfest bezüglich des Stators angeordnet
ist.
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Alternativerweise
ist das Außenteil
als integraler Bestandteil des Rotors, beispielsweise als Innengewinde
am Rotor, ausgebildet. Diese Lösung bringt
Vorteile durch weniger Teile und günstigere Herstellung.
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Vorteilhafterweise
ist das Innenteil des Übertragungsgliedes
als Träger
für den
Rotor ausgebildet. Der Rotor wird somit mittels einer Mutter-/Schraubenverbindung
auf dem Innenteil des Übertragungsgliedes
gelagert. Lagerungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
sind, können
entfallen und es werden weniger Friktionsverluste in Lagerungen
sowie günstigere
Herstellkosten erreicht.
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Beim
Aktivieren des Stellantriebes wird ein Drehmoment im Rotor erzeugt
und somit auch in das Außenteil
des Übertragungsgliedes
eingeleitet, sodass eine Rotationsbewegung des Rotors eine gleichzeitige
Rotationsbewegung des Außenteils
des Übertragungsgliedes
erzeugt. Durch eine beispielsweise Mutter-/Schraubenverbindung zwischen
Innen- und Außenteil
des Übertragungsgliedes
sowie durch die ortsfeste Anordnung des Innenteils, erzeugt somit
eine Rotationsbewegung des Außenteils direkt
eine Translationsbewegung des Rotors, wodurch beispielsweise ein
mit dem Rotor verbundenes Stell- oder
Schaltelement betätigbar
ist.
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Das
Außenteil
des Übertragungsgliedes,
beziehungsweise der Rotor selbst, wird als Spindelmutter und das
Innenteil als Gewindespindel ausgeführt. Vorteilhaft ist eine Ausbildung
mit einer Trapezgewindeform, sodass das Gewinde nach dem Abschalten des
Stellantriebes selbsthemmend wird. Das Übertragungsglied kann beispielsweise
auch als Kugelumlaufsspindel ausgebildet sein oder aus einem Planetenwälzgewinde
oder einem Wurmhubgetriebe oder einem Rollengewindetrieb bestehen.
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Anwendungsbereiche
für die
erfindungsgemäße Vorrichtung
sind beispielsweise die präzise Regelung
von Kupplungen, Bremsen, beziehungsweise Synchronringen, in einem
Getriebe. Ferner ist beispielsweise ein Einsatz bei der Verstellung
von Fahrwerkskomponenten in einem aktiven Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug
möglich.
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Ein
Elektromotor des vorliegenden Typs ist vorteilhafterweise unempfindlich
gegenüber Ölnebel, wodurch
ein Einsatz innerhalb eines Fahrzeuggetriebes möglich ist.
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Durch
die vorteilhafte Bauweise wird ein geringerer Bauraum gegenüber bekannten
Lösungen vorgeschlagen,
welcher dem heutzutage begrenzt vorhandenen Bauraum in Kraftfahrzeuge
entspricht.
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Beispielsweise
kann die gesamte Aktuatorik im Kupplungsinnenraum ohne axiale Bauraumvergrößerung untergebracht
werden. Weiterhin kann der Axialhub der Synchronringe in einem Fahrzeuggetriebe
mit dem Stellantrieb direkt auf der Getriebewelle im Getriebeinnenraum
erzeugt, sowie kompaktere Getriebebremsen ausgeführt werden. Hierdurch können die
Anordnungen im Kupplungs- oder Getriebeinnenraum erfolgen, was Bauraum
spart.
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Des
Weiteren kann wegen der guten Regelbarkeit von Elektromotoren und
wegen fehlender Elastizität
aufgrund weniger Teile und wenig Spiel im Aktuatorstrang, Kupplungen,
Bremsen beziehungsweise Synchronringe in einem Getriebe präziser geregelt
werden.
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Die
vorgesehene Konstruktion wird auch kostengünstiger, da weniger Teile benötigt werden. Ebenso
werden Einsparungen des elektrischen Verbrauchs erreicht durch niedrige
Friktionsverluste sowie eine Bauweise mit wenigen Lagerteilen.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Die
einzige Figur zeigt: einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die
Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Stellantrieb
und einem Übertragungsglied 12,
wobei der Stellantrieb mindestens aus einem Rotor 9 und
einem Stator 2 mit Blechen 3 und Wicklung 4 besteht.
Der Stator 2 ist in einem Gehäuse 8 befestigt und
hat eine größere axiale
Baulänge
als der Rotor 9. Ein Luftspalt 13 trennt den Stator 2 und
den Rotor 9 von einander. Der Luftspalt 13 funktioniert
als ein berührungsfreies
Lager für
die Translationsbewegung des Rotors. Auf der Innenseite des Rotors 9 und
auf der Außenseite
der Spindel 6 sind Gewinde 5, 7 ausgebildet.
Der Rotor 9 ist mit der im Gehäuse 8 drehfest befestigten
Spindel 6 durch die Gewinde 5, 7 gelagert
und wird von der Spindel 6 getragen. Alternativerweise
ist der Rotor 9 mit einer Spindelmutter ausgebildet und
durch die Spindelmutter auf der Spindel 6 gelagert. Wenn
ein elektromagnetisches Moment auf den Rotor 9 wirkt, wird
der Rotor 9 rotieren und durch die Gewinde 5, 7 zwischen
Rotor 9 und Spindel 6 wird die Rotationsbewegung
des Rotors 9 in eine Translationsbewegung des Rotors 9 umgewandelt.
Durch das an dem Rotor 9 befestigte Betätigungselement 10 wird
die Translationsbewegung weitergeleitet zu einem Stell- oder Schaltelement 11, beispielsweise
einer nicht gezeigten Kupplung.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Stator
- 3
- Statorbleche
- 4
- Statorwicklung
- 5
- Außengewinde
- 6
- Spindel/Innenteil
des Übertragungsgliedes
- 7
- Innengewinde
- 8
- Gehäuse
- 9
- Rotor/Außenteil
des Übertragungsgliedes
- 10
- Betätigungselement
- 11
- Stell-
oder Schaltelement
- 12
- Übertragungsglied
- 13
- Luftspalt