DE102006042477A1

DE102006042477A1 - Elektromotorischer Aktuator zur Auslenkung eines Kraftfahrzeugteils

Info

Publication number: DE102006042477A1
Application number: DE102006042477A
Authority: DE
Inventors: Jan Weule
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-09-09
Filing date: 2006-09-09
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US8047349B2; US20080078644A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktuator (1) zur Auslenkung eines Kraftfahrzeugteils (2), mit einem drehbaren Bauteil und einem drehfesten Bauteil, die koaxial ineinander angeordnet sind, wobei das drehbare Bauteil von einem Elektromotor (3) derart antreibbar ist, dass es gegenüber dem drehfesten Bauteil zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position linear bewegbar ist. Zur Bildung einer möglichst kompakten Stelleinrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Bauteile des Aktuators (1) als eine Gewindespindel (4) und eine Gewindemutter (5) ausgebildet sind, wobei das drehbare Bauteil (Gewindespindel oder Gewindemutter) mit dem Rotor (6) des Elektromotors (3) drehfest verbunden ist und unmittelbar oder mittelbar auf das auszulenkende Kraftfahrzeugteil (2) wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktuator zur Auslenkung eines Kraftfahrzeugteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In modernen Kraftfahrzeugen sind vergleichsweise viele elektrische Aktuatoren vorhanden, mit denen die Drehbewegung eines von einem Steuerungsgerät ansteuerbaren Elektromotors in eine lineare bzw. geradlinige Bewegung des zu verschiebenden Kraftfahrzeugbauteils umgewandelt wird. Ein besonderes Einsatzgebiet können derartige Aktuatoren bei der automatischen Betätigung einer Anfahr- und Schaltkupplung eines Kraftfahrzeuges finden, wobei das zu betätigende Bauteil beispielsweise ein so genannter Zentralausrücker der Reibkupplung sein kann. Ein derartiger Zentralausrücker wirkt bei einer Betätigung beispielsweise derart auf die Membranfeder der Kupplung, dass die ausgerückt oder in eine Schlupfstellung gebracht wird, in der diese kein beziehungsweise nur ein reduziertes Drehmoment von dem Antriebsmotor des Fahrzeugs zu dem Getriebe weiterleiten kann.
Zur Umwandlung der Drehbewegung des Rotors des Elektromotors in eine geradlinige Bewegung sind unterschiedliche Umlenkgetriebe bekannt geworden. So kommen beispielsweise Umlenkgetriebe in Verbindung mit aktiv steuerbaren Lamellenkupplungen zur Anwendung, die an Achs- oder Mitteldifferenzialen als Differenzialsperren und in einem Triebstrang mit zuschaltbarem Allradantrieb als Zuschaltkupplung einer bedarfsweise aktivierbaren Antriebsachse verwendet werden. Durch das Umlenkgetriebe wird ein extern erzeugtes Stellmoment kontinuierlich mit hoher Übersetzung in eine axiale Anpresskraft zur Betätigung, also zum zumindest teilweisen Schließen, einer zugeordneten Lamellenkupplung umgesetzt.
Ein Differenzialgetriebe mit einer mittels eines Elektromotors über ein derartiges Umlenkgetriebe betätigbaren Lamellensperre ist in der EP 0 368 140 B1 in zwei Ausführungsformen beschrieben. Gemäß einer ersten Ausführungsform nach der dortigen 1 ist das Differenzialgetriebe in Kegelradbauweise ausgeführt. Ein Stützring steht über ein Kegelrad eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest montierten Elektromotor in Triebverbindung. Ein Stellring ist gehäuseseitig drehfest und axial verschiebbar gelagert und steht über Nockenbahnen unmittelbar mit dem Stützring in Verbindung. Eine Drehung des Stützrings wird somit in eine Axialbewegung des Stellrings umgesetzt, der über ein Axialdrucklager, eine mit dem Differenzialkorb umlaufende äußere Druckplatte, mehrere den Differenzialkorb durchdringende Stößel und eine innere Druckplatte mit der Lamellenkupplung in Verbindung steht, deren Lamellen zwischen dem Differenzialkorb und einem der beiden Abtriebskegelräder wirksam angeordnet sind.
In einer zweiten Variante nach der dortigen 2 ist das Differenzialgetriebe in Planetenbauweise ausgeführt. Der Stützring ist hierbei gehäuseseitig drehfest und axial unverschiebbar gelagert. Der Stellring ist dagegen drehbar sowie axial verschiebbar gelagert und steht einerseits über das Ritzel eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest montierten Elektromotor in Triebverbindung, und andererseits über mehrere umfangsseitig ansteigende Kugelrillen und darin angeordnete Wälzkörper mit dem Stützring in Verbindung. Eine Drehung des Stellrings wird somit durch eine Wälzbewegung der Wälzkörper zwischen den gegensinnig axial ansteigenden Kugelrillen in eine Axialbewegung des Stellrings umgesetzt, der über ein äußeres Axialdrucklager, eine mit dem Differenzialkorb umlaufende äußere Druckplatte, mehrere den Differenzialkorb durchdringende erste Stößel, eine erste innere Druckplatte, ein inneres Axialdrucklager, eine Druckscheibe, mehrere die Drehzapfen des Planetenträgers durchdringende zweite Stößel und eine zweite innere Druckplatte mit der Lamellenkupplung in Verbindung steht, deren Lamellen zwischen dem Dif ferenzialkorb und dem Sonnenrad des Differenzialgetriebes wirksam angeordnet sind.
Ein weiteres Differenzialgetriebe mit einer mittels eines Elektromotors über ein ähnliches Umlenkgetriebe betätigbaren Lamellensperre ist aus der US 4,805,486 A bekannt. Bei diesem Differenzialgetriebe ist ein Stützring gehäuseseitig drehfest und axial unverschiebbar gelagert. Ein Stellring ist drehbar sowie axial verschiebbar gelagert und steht einerseits über das Ritzel eines Untersetzungsgetriebes mit einem gehäusefest montierten Elektromotor in Triebverbindung, und andererseits entweder über umfangsseitig ansteigende Nockenflächen (siehe dortige 2) oder über umfangsseitig ansteigende Rampenflächen und darin angeordnete Wälzkörper (siehe dortige 3) mit dem Stützring in Verbindung. Eine Drehung des Stellrings wird somit durch eine Gleitbewegung der gegensinnig axial ansteigenden Nockenflächen oder durch eine Wälzbewegung der Wälzkörper zwischen den gegensinnig axial ansteigenden Rampenflächen in eine Axialbewegung des Stellrings umgesetzt, der über ein äußeres Axialdrucklager, eine äußere Druckplatte, mehrere den Differenzialkorb durchdringende Kolben und einen inneren Druckring mit der Lamellenkupplung in Verbindung steht, deren Lamellen zwischen dem Differenzialkorb und einem der beiden Abtriebskegelräder des Differenzialgetriebes wirksam angeordnet sind.
Nur zur Vervollständigung des bekannten Standes der Technik sei auf die DE 103 48 312 A1 hingewiesen, die eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplungseinrichtung offenbart, bei der ein mit den beschriebenen Kugelrampen versehener Kupplungsaktuator mittels eines Bowdenzuges betätigbar ist.
Allen diesen bekannten Umlenkgetrieben ist gemeinsam, dass die axial ansteigenden Rampen- und Nockenflächen umfangsseitig ausgerichtet sind. Dies hat zur Folge, dass die entsprechenden Wirkkonturen jeweils auf einen relativ kleinen Drehwinkelsektor des Eingangselementes beschränkt sind, wodurch sich nachteilig eine relativ kleine Übersetzung zwischen der Drehbewegung und dem Drehmoment des Eingangselementes sowie der Axialbewegung und der axialen Anpresskraft des jeweils zugeordneten Ausgangselementes ergibt. Eine exakte Einstellung eines gewünschten Sperr- oder Schließmomentes über die auf die betreffende Lamellenkupplung wirksame axiale Anpresskraft ist daher kaum möglich und erfordert zudem eine weitgehende Spielfreiheit auf dem Übertragungsweg zwischen dem elektrischen Stellantrieb und dem Eingangselement. Des Weiteren ist eine sehr genaue Herstellung der Nocken- oder Rampenflächen des Eingangs- und Ausgangselementes erforderlich, wodurch die Herstellung dieser Bauteile aufwendig und entsprechend teuer ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Umlenkgetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das bei einfachem und kostengünstig herstellbaren sowie kompakten Aufbau eine erhöhte Übersetzung aufweist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine bauliche Kombination eines Elektromotors mit einer Spindelgewinde-Spindelmutter-Antriebseinheit sehr vorteilhaft zur Auslenkung von Teilen in einem Kraftfahrzeug nutzbar sein kann. Dies betrifft in erster Linie Teile im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, jedoch ist ein solcher Aktuator auch in anderen Bereichen des Kraftfahrzeuges einsetzbar.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Demnach geht die Erfindung zunächst aus von einem elektromotorischen Aktuator zur Auslenkung eines Kraftfahrzeugteils, mit einem drehbaren Bauteil und einem drehfesten Bauteil, die koaxial ineinander angeordnet sind, wobei das drehbare Bauteil von einem Elektromotor derart antreibbar ist, dass es gegenüber dem drehfesten Bauteil zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position linear bewegbar ist. Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass die beiden Bauteile des Aktuators als eine Gewindespindel und eine Gewindemutter ausgebildet sind, wobei das drehbare Bauteil (Gewindespindel oder Gewindemutter) mit dem Rotor bzw. Anker des Elektromotors drehfest verbunden ist, und unmittelbar oder mittelbar auf das linear zu verschiebende Kraftfahrzeugteil wirkt.
Dem Fachmann sind Spindelgewinde-Spindelmutter-Antriebseinheiten an sich bekannt, deren besondere Anwendung in einem Kraftfahrzeugaktuator ist aber ein Bestandteil der Erfindung. Dabei spielt es für den durch einen Erfindungsgegenstand bewirkten technischen Erfolg keine Rolle, ob nun die Gewindespindel oder die Gewindemutter drehfest angeordnet ist. Daher gilt die nachfolgende Erfindungsbeschreibung eines erfindungsgemäßen elektromotorischen Aktuators selbstverständlich auch für deren mechanisch inverse Bauweise, für den Fall, dass nicht, wie hier beschrieben, die Gewindespindel orts- und drehfest angeordnet ist, sondern die Gewindemutter.
Gemäß einer ersten Ausgestaltungsform ist bei diesem Aktuator demnach vorgesehen, dass die Gewindespindel ortsfest sowie drehfest und die Gewindemutter drehbar angeordnet ist.
Die Gewindemutter hat bevorzugt an ihren beiden axialen Enden einen radial nach außen weisenden Ringflansch sowie einen radial nach innen weisenden Ringflansch, wobei der radial nach außen weisende Ringflansch fern von dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil und der radial nach innen weisende Ringflansch nahe an dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil an der Gewindemutter ausgebildet ist.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gewindemutter an ihrer radial inneren Mantelfläche ein Schraubgewinde aufweist, das im Eingriff mit einem dazu korrespondierend ausgebildeten Schraubgewinde an der Gewindespindel ist. Bekanntermaßen lässt sich durch eine konkrete Ausgestaltung des Schraubgewindes die Übersetzung des Aktuators von der Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung bedarfsgerecht festlegen.
Der erwähnte radial nach innen weisende Ringflansch bildet mit seiner einen Axialfläche einen Anschlag für eine Axialbewegung der Gewindemutter auf der Gewindespindel, so dass die Gewindemutter in einer ersten Betätigungsrichtung gegen ein Ablaufen von der Gewindespindel gesichert ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Gewindemutter im Bereich ihres radial nach innen weisenden Ringflansches an ihrer radial äußeren Mantelfläche ein Gewinde, beispielsweise ein Feingewinde, aufweist, auf das eine Ankermutter mit einem dazu korrespondierendem Gewinde aufschraubbar ist.
In Weiterbildung dieses Erfindungsdetails ist vorgesehen, dass zwischen der auf der Gewindemutter aufgeschraubten Ankermutter und dem radial nach außen weisenden Ringflansch der Anker bzw. Rotor des Elektromotors angeordnet und festgeklemmt ist. Dadurch kann eine von dem Elektromotor erzeugte Drehbewegung unmittelbar auf die Gewindemutter übertragen werden, welche sich demzufolge in Abhängigkeit von der aktuellen Drehrichtung des Ankers schraubend auf der Gewindespindel bewegt und dabei eine Axialbewegung vollführt.
Hinsichtlich der Gewindespindel kann vorgesehen sein, dass diese drehfest auf einem vorzugsweise hohlzylindrischen Führungsrohr aufgesteckt oder einstückig mit einem solchen Führungsrohr ausgebildet ist, welches selbst mit einem drehfesten Teil des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Dieses drehfeste Teil des Kraftfahrzeuges kann beispielsweise eine Kupplungsglocke oder ein Getriebegehäuse sein.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Statorwicklung des Elektromotors an einem Statorjoch befestigt ist, welches seinerseits mit einem Stator-Befestigungsblech fest verbunden ist, während das Stator-Befestigungsblech mit dem drehfesten Bauteil des Kraftfahrzeuges fest in Verbindung steht.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass zwischen der Ankermutter und dem Anker ein Sensorrad mit einer sensierbaren Profilierung über einen radialen Klemmabschnitt festgeklemmt ist. Diese Profilierung kann wie an sich bekannt ausgebildet sein, also beispielsweise durch eine Außenverzahnung am Sensorrad oder durch Aussparungen am Außenumfang desselben.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung des Sensorrades ist vorgesehen, dass dieses ausgehend von dem radialen Klemmabschnitt einen ersten Axialabschnitt aufweist, der die Ankermutter axial zumindest teilweise überragt, dass ausgehend von dem ersten Axialabschnitt ein Radialabschnitt ausgebildet ist, und dass daran anschließend ein axial rückläufiger zweiter Axialabschnitt an dem Sensorrad vorhanden ist, welcher die genannte sensierbare Profilierung aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass radial oberhalb des Sensorrades ein ringförmiger Statorträger angeordnet ist, an dem das Statorjoch befestigt ist, und welcher über einen Distanzring mit dem bereits genannten Stator-Befestigungsblech fest verbunden ist.
An dem Statorträger ist ein radial nach innen weisender Drehzahlsensor und/oder Drehwinkelsensor befestigt, mit dem die Profilierung des Sensorrades erfassbar und an ein dem elektromotorischen Aktuator zugeordnetes Steuerungsgerät weiterleitbar ist.
Der Statorträger und das Sensorrad sind koaxial ineinander gesteckt. Da der Statorträger drehfest und das Sensorrad drehbar angeordnet sind, berühren dieses einander nicht. Sie bilden aber dennoch das teilweise offene Gehäuse des elektromotorischen Aktuators gemäß der Erfindung.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil zugewandte Stirnseite der Ankermutter mit diesem Kraftfahrzeugteil unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung ist, es also wenigstens in eine Richtung aktiv verschieben kann.
Gemäß einer konkreten Bauform ist hierbei vorgesehen, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil zugewandte Stirnseite der Ankermutter in Wirkverbindung mit einem Ausrücklager ist, welches seinerseits auf das zu verschiebende Kraftfahrzeugteil wirkt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil zugewandte Stirnseite der Ankermutter axial an einen Außenring des Ausrücklagers anlegbar ist, während der Innenring des Ausrücklagers mit seiner von der Gewindemutter wegweisenden Stirnseite an dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil anliegt.
Um dem Außenring des Ausrücklagers innerhalb des elektromotorischen Aktuators eine Führung zu bieten, kann vorgesehen sein, dass der Außenring des Ausrücklagers einen Axialabschnitt aufweist, mit dem dieser auf der radial außen liegenden Mantelfläche der Ankermutter axial verschiebbar aufliegt.
In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, wenn axial zwischen dem Außenring des Ausrücklagers und dem Sensorrad oder dem Anker eine Entkopplungsfeder angeordnet ist, die den Außenring bei einer Axialbewegung der Gewindemutter weg von dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil bis hin zum Anschlag auch dann in einer gewünschten Position gegenüber dem Innenring sowie den Innenring in Kontakt mit diesem Kraftfahrzeugteil hält, wenn ein von diesem Kraftfahrzeugteil auf den Innenring des Ausrücklagers wirkende Kraft auf den Wert Null abfällt. Diese Entkopplungsfeder ist bevorzugt als eine Schraubendruckfeder ausgebildet.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass im Bereich des radial nach außen weisenden Ringflansches der Gewindemutter ein Dichtelement zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft das Eindringen von Schmutz in das Schraubgewinde von Gewindemutter und Gewindespindel verhindert.
Des Weiteren wird es als vorteilhaft beurteilt, wenn das Gewinde der Gewindemutter und der Gewindespindel sowie das Gewinde der Ankermutter selbsthemmend ausgebildet sind. Dadurch ist sichergestellt, dass eine einmal eingenommene Stellposition nicht durch zufällig oder betriebsbedingt einwirkende geringe Kräfte verstellt werden kann, sondern dass dazu die Kraft des Elektromotors notwenig ist. Gesonderte Verdrehsicherungsbauteile sind bei dieser Konstruktion daher entbehrlich.
Schließlich wird beansprucht, dass der beschriebene elektromotorische Aktuator ein Bestandteil einer Kraftfahrzeugbetätigungsvorrichtung ist, wobei das mehrfach erwähnte Kraftfahrzeugteil eine Anfahr- und Schaltkupplung bzw. deren Membranfeder, eine Getriebebremse, ein Schaltgassen-Aktuator oder ein Gang-Aktuator oder eine Schiebemuffe einer Getriebekoppel- und/oder Getriebesynchronisationseinrichtung eines automatisierten Schaltgetriebes, oder eine Schaltkupplung an einem Differentialgetriebe ist. Der hier vorgestellte Aktuator lässt sich hinsichtlich der im jeweiligen Anwendungsfall notwendigen Betätigungskräfte sehr klein bauen, so dass dieser als sehr genau arbeitendes Stellglied auch innerhalb der Gehäuse der genannten Aggregate bzw. Komponenten einsetzbar ist.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß aufgebauten Aktuators dargestellt ist.
Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten elektromotorischen Aktuator 1 in einer perspektivischen und aufgeschnittenen Darstellung. Das in diesem Ausführungsbeispiel zu betätigende Kraftfahrzeugteil ist eine Membranfeder 2 einer Reibkupplung, die als Anfahr- und Schaltkupplung in Verbindung mit einem automatisierten Schaltgetriebe genutzt wird. Der Aktuator 1 ist dabei als so genannter Zentralausrücker ausgebildet, welcher die Reibkupplung in Abhängigkeit von Steuerungsbefehlen eines nicht dargestellten Steuerungsgerätes öffnet, schließ oder in bestimmte Schlupfbetriebsstellungen bringt.
Dazu verfügt der Aktuator 1 über einen Elektromotor 3, der in Abhängigkeit von der jeweiligen Ansteuerung in zwei Drehrichtungen betrieben werden kann. Dieser Elektromotor 3 ist mit einem Umlenkgetriebe in Form einer Gewindespindel-Gewindemutter-Anordnung verbunden, welche die Drehbewegung des Elektromotors 3 in eine axiale, lineare Bewegung des Stellgliedes des Aktuators 1 umwandelt, so dass letztlich die Membranfeder 2 axial ausgelenkt werden kann.
Nachfolgend wird auf den konstruktiven Aufbau dieses Aktuators genauer eingegangen. Die Gewindespindel-Gewindemutter-Anordnung besteht aus einer Gewindespindel 4 mit einem Schraubgewinde 11, auf das eine Gewindemutter 5 mit einem dazu korrespondierenden Schraubgewinde 10 aufgeschraubt ist. Die Gewindespindel 4 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel drehfest und axial unverschiebbar auf ein hohlzylindrisches Führungsrohr 14 aufgesteckt, welches über ein Befestigungsblech 16 mit einem drehfesten und ortsfesten Teil des Kraftfahrzeuges, etwa dem Getriebegehäuse ver banden ist. Hierzu dienen Bohrungen 38 in dem Befestigungsblech 16, durch die Befestigungsschrauben führbar sind.
Die Gewindemutter 5 weist einen radial nach außen weisenden Ringflansch 7 und einen radial nach innen ragenden Ringflansch 8 auf, wobei letzterer eine Anschlagfläche 9 hat, die zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit der Gewindemutter 5 an eine zugeordnete Anschlagfläche an der Gewindespindel 4 anschlagen kann.
Zwischen dem radial nach außen weisenden Ringflansch 7 der Gewindemutter 5 und der Gewindespindel 4 ist ein Dichtelement 36 eingeklemmt, mit dem Schmutz sicher aus dem Bereich der Schraubgewinde 10, 11 ferngehalten werden kann.
Der radial nach außen weisende Ringflansch 7 dient als Ringschulter zur axialen Anlage des Ankers 6 des Elektromotors 3, welcher dessen drehbares Bauteil, also dessen Rotor ist. Dieser Anker 6 ist auf die radial äußere Mantelfläche der Gewindemutter 5 aufgeschoben. Eine auf ein Außengewinde 12 der Gewindemutter 5 aufgeschraubte Ankermutter 13 klemmt den Anker 6 zwischen sich und dem radial nach außen weisenden Ringflansch 7 fest ein. Durch diesen Aufbau ist der Anker 6 fest mit der Gewindemutter 5 verbunden, so dass dieser die Gewindemutter 5 rotatorische antreiben kann.
Mit radialem Abstand zu dem Anker 6 ist der Statur des Elektromotors 3 angeordnet, dessen Statorwicklung 37 von einem Statorjoch 15 getragen wird. Das Statorjoch 15 ist seinerseits über einen Statorträger 23 in Blechbauweise und einen Distanzring 24 mit dem Statur-Befestigungsblech 16 fest verbunden, wobei letzteres wie bereist erwähnt mit einem drehfesten und ortsfesten Teil des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht.
Wie die einzige Figur zeigt, ist zwischen der Ankermutter 13 und dem Anker 6 ein Sensorrad 17 mit einer sensierbaren Profilierung 18 über einen radialen Klemmabschnitt 19 des Sensorrades festgelegt. Ausgehend von dem Klemmabschnitt 19 weist das Sensorrad 17 einen ersten Axialabschnitt 20 auf, der die Ankermutter 13 axial zumindest teilweise überdeckt und so eine gewisse Schutzfunktion für diesen Bereich ausübt. Ausgehend von diesem ersten Axialabschnitt 20 folgt ein Radialabschnitt 21, an den sich ein den ersten Axialabschnitt 20 überdeckender zweiter Axialabschnitt 22 des Sensorrades 17 anschließt, welcher die sensierbare Profilierung 18 aufweist.
Die Profilierung 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausstanzungen in dem zweiten Axialabschnitt 22 des Sensorrades 17 gebildet, welche umfangsbezogen hintereinander angeordnet sind.
Der Statorträger 23 überragt das Sensorrad 17 radial und deckt es teilweise axial ab. In diesem axialen Überdeckungsbereich ist an dem Statorträger 23 ein Sensorträger 26 angeordnet, an dem ein Drehzahlsensor bzw. Drehwinkelsensor 25 befestigt ist. Dieser Sensor 25 weist mit seiner sensorisch empfindlichen Seite zu der Profilierung 18 des Sensorrades 17, so dass ein Vorbeibewegen dieser Profilierung 18 Sensorsignale auslöst, welche dem nicht dargestellten Steuerungsgerät zugeführt werden. Mit Hilfe dieser Sensorsignale erstellt das Steuerungsgerät Steuerungsbefehle zur Drehrichtung und zur Aktivierung oder zur Stillsetzung des Elektromotors 3, so dass der axiale Stellweg des Aktuators 1 sehr genau einstellbar ist.
Der bis hierher beschriebene konstruktive Aufbau des Aktuators 1 reicht an sich aus, um mit diesem Kraftfahrzeugteile 2 linear bewegen zu können. Dazu muss lediglich die Stirnseite des radial nach innen weisenden Ringflansches 8 axial gegen ein solches Kraftfahrzeugteil wirken und/oder mit dieser kraftschlüssig verbunden sein. Eine solche Nutzung des Aktuators 1 ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das auszulenkende Kraftfahrzeugteil keine Drehbewegung vollführt. Zur Auslenkung von drehenden Teilen ist dagegen eine Drehentkopplung zum Aktuator 1 notwendig, welche nachfolgend beschrieben wird.
Zur Drehentkopplung ist zwischen der zu betätigenden sowie mit der Drehzahl des Antriebsmotors drehenden Membranfeder 2 und der Gewindemutter 5 ein Ausrücklager 28 am Aktuator 1 angeordnet, welches in diesem Ausführungsbeispiel als einreihiges Schrägkugellager ausgebildet ist, bei dem zwischen einem Außenring 29 und einem Innenring 31 Lagerkugeln 30 angeordnet sind. Dabei liegt die der Membranfeder 2 zugewandte Stirnseite 27 der Ankermutter 13 axial an den Außenring 29 des Ausrücklagers 28 an, während der Innenring 31 mit seiner von der Gewindemutter 5 wegweisenden Stirnseite 32 an der zu betätigenden Membranfeder 2 anliegt sowie zur Spindelmutter 5 keinen Kontakt hat.
Zur radialen und axialen Führung des Ausrücklagers 28 ist vorgesehen, dass der Außenring 29 einen Axialabschnitt 33 aufweist, mit dem dieser auf der radial außen liegenden Mantelfläche 34 der Ankermutter 5 axial verschiebbar aufliegt.
Außerdem ist axial zwischen dem Außenring 29 des Ausrücklagers 28 und dem Sensorrad 17 oder dem Anker 6 eine Entkopplungsfeder 35 angeordnet, die den Außenring 29 bei einer Axialbewegung der Gewindemutter 5 weg von der Membranfeder 2 bis hin zum Anschlag (Anschlagfläche 9) auch dann in einer gewünschten Position gegenüber dem Innenring 31 sowie den Innenring 31 in Kontakt mit der Membranfeder 2 hält, wenn eine von der Membranfeder 2 auf den Innenring 31 des Ausrücklagers 28 wirkende Kraft F auf den Wert Null abfällt. Die Entkopplungsfeder 35 ist hier als eine Schraubendruckfeder ausgebildet.
Wie eingangs erwähnt wurde, sind die Schraubgewinde 10, 11 und 12 von der Gewindemutter 5 und der Gewindespindel 4 sowie gegebenenfalls auch das Gewinde der Ankermutter 13 selbsthemmend ausgebildet und in der Lage, auch Radialkräfte aufzunehmen. Letzteres ist dadurch erreichbar, dass die genannten Gewinde an ihrem Kerndurchmesser oder Fußkreisdurchmesser jeweils eine zusätzliche, vorzugsweise radiale Kontaktfläche aufweisen.

1: Elektromotorischer Aktuator
2: Kraftfahrzeugteil, Membranfeder
3: Elektromotor
4: Gewindespindel
5: Gewindemutter
6: Rotor, Anker
7: Nach außen weisender Ringflansch
8: Nach innen weisender Ringflansch
9: Axialfläche des Ringflansches 8
10: Schraubgewinde der Gewindemutter
11: Schraubgewinde der Gewindespindel
12: Gewinde an der Gewindemutter
13: Ankermutter
14: Führungsrohr
15: Statorjoch
16: Stator-Befestigungsblech
17: Sensorrad
18: Profilierung des Sensorrades
19: Klemmabschnitt des Sensorrades
20: Erster Axialabschnitt des Sensorrades
21: Radialabschnitt des Sensorrades
22: Zweiter Axialabschnitt des Sensorrades
23: Statorträger
24: Distanzring
25: Drehzahlsensor, Drehwinkelsensor
26: Sensorträger
27: Stirnseite der Ankermutter
28: Ausrücklager
29: Außenring des Ausrücklager
30: Kugel des Ausrücklagers
31: Innenring des Ausrücklagers
32: Stirnseite des Innenringes des Ausrücklagers
33: Axialabschnitt des Außenringes des Ausrücklagers
34: Mantelfläche der Ankermutter
35: Entkopplungsfeder
36: Dichtelement
37: Statorwicklung
38: Bohrung im Stator-Befestigungsblech
F: Kraft des Kraftfahrzeugteils auf das Ausrücklager

Claims

Elektromotorischer Aktuator (1) zur Auslenkung eines Kraftfahrzeugteils (2), mit einem drehbaren Bauteil und einem drehfesten Bauteil, die koaxial ineinander angeordnet sind, wobei das drehbare Bauteil von einem Elektromotor (3) derart antreibbar ist, dass es gegenüber dem drehfesten Bauteil zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position linear bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile des Aktuators (1) als eine Gewindespindel (4) und eine Gewindemutter (5) ausgebildet sind, wobei das drehbare Bauteil (Gewindespindel oder Gewindemutter) mit dem Rotor (6) des Elektromotors (3) drehfest verbunden ist, und unmittelbar oder mittelbar auf das auszulenkende Kraftfahrzeugteil (2) wirkt.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (4) ortsfest sowie drehfest und die Gewindemutter (5) drehbar angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter (5) einen radial nach außen weisenden Ringflansch (7) und einen radial nach innen weisenden Ringflansch (8) aufweist, wobei der radial nach außen weisende Ringflansch (7) fern von dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) sowie der radial nach innen weisende Ringflansch (8) nah zu dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) ausgebildet ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radial nach innen weisende Ringflansch (8) mit einer Axialfläche (9) einen Anschlag für eine Axialbewegung der Gewindemutter (5) auf der Gewindespindel (4) bildet.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter (5) an ihrer radial inneren Mantelfläche ein Schraubgewinde (10) aufweist, das im Eingriff mit einem korrespondierend ausgebildeten Schraubgewinde (11) an der Gewindespindel (4) ist.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindemutter (5) im Bereich des radial nach innen weisenden Ringflansches (8) an ihrer radial äußeren Mantelfläche ein Gewinde (12) aufweist, auf das eine Ankermutter (13) aufschraubbar ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der auf der Gewindemutter (5) aufgeschraubten Ankermutter (12) und dem radial nach außen weisenden Ringflansch (7) der Anker (6) des Elektromotors (3) angeordnet und festgeklemmt ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (4) drehfest auf einem Führungsrohr (14) aufgesteckt oder einstückig mit einem solchen Führungsrohr ausgebildet ist, welches mit einem drehfesten Teil des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (14) mit einer Kupplungsglocke oder einem Getriebegehäuse verbindbar ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (37) des Elektromotors (3) an einem Statorjoch (15) befestigt ist, welches seinerseits mit einem Stator-Befestigungsblech (16) fest verbunden ist, und dass das Stator-Befestigungsblech (16) mit dem drehfesten Teil des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ankermutter (13) und dem Anker (6) ein Sensorrad (17) mit einer sensierbaren Profilierung (18) über einen radialen Klemmabschnitt (19) festgeklemmt ist.
Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorrad (18) ausgehend von dem Klemmabschnitt (19) einen ersten Axialabschnitt (20) aufweist, der die Ankermutter (13) axial zumindest teilweise überdeckt, dass ausgehend von dem ersten Axialabschnitt (20) ein Radialabschnitt (21) ausgebildet ist, und dass daran anschließend ein zweiter Axialabschnitt (22) an dem Sensorrad (17) ausgebildet ist, welcher die sensierbare Profilierung (18) aufweist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass radial oberhalb des Sensorrades (17) ein ringförmiger Statorträger (23) angeordnet ist, an dem das Statorjoch (15) befestigt ist, und welcher über einen Distanzring (24) mit dem Stator-Befestigungsblech (16) fest verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Statorträger (23) ein radial nach innen weisender Drehzahlsensor und/oder Drehwinkelsensor (25) befestigt ist, mit dem die Profilierung (18) des Sensorrades (17) erfassbar ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) zugewandte Stirnseite (27) der Ankermutter (13) mit diesem Kraftfahrzeugteil (2) unmittelbar oder mittelbar in Wirkverbindung ist.
Aktuator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) zugewandte Stirnseite (27) der Ankermutter (13) in Wirkverbindung mit einem Ausrücklager (28) ist, welches seinerseits auf das zu verschiebende Kraftfahrzeugteil (2) wirkt.
Aktuator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) zugewandte Stirnseite (27) der Ankermutter (13) axial an einen Außenring (29) des Ausrücklagers (28) anlegbar ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (31) des Ausrücklagers (28) mit seiner von der Gewindemutter (5) wegweisenden Stirnseite (32) an dem zu betätigenden Kraftfahrzeugteil (2) anliegt.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (29) des Ausrücklagers (28) einen Axialabschnitt (33) aufweist, mit dem dieser auf der radial außen liegenden Mantelfläche (34) der Ankermutter (5) axial verschiebbar aufliegt.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen dem Außenring (29) des Ausrücklagers (28) und dem Sensorrad (17) oder dem Anker (6) eine Entkopplungsfeder (35) angeordnet ist, die den Außenring (29) bei einer Axialbewegung der Gewindemutter (5) weg von dem Kraftfahrzeugteil (2) bis hin zum Anschlag (Anschlagfläche 9) auch dann in einer gewünschten Position gegenüber dem Innenring (31) sowie den Innenring (31) in Kontakt mit dem Kraftfahrzeugteil (2) hält, wenn eine von dem Kraftfahrzeugteil (2) auf den Innenring (31) des Ausrücklagers (28) wirkende Kraft (F) auf den Wert Null abfällt.
Aktuator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsfeder (35) als eine Schraubendruckfeder ausgebildet ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des radial nach außen weisenden Ringflansches (7) ein Dichtelement (36) zwischen der Gewindemutter (5) und der Gewindespindel (4) angeordnet ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgewinde (10, 11, 12) von Gewindemutter (5) und Gewindespindel (4) sowie das Gewinde der Ankermutter (13) selbsthemmend und zur Weiterleitung von Radialkräften ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugbetätigungsvorrichtung mit einem Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugteil (2) eine Anfahr- und Schaltkupplung bzw. deren Membranfeder (2), eine Getriebebremse, ein Schaltgassen-Aktuator oder ein Gang-Aktuator oder eine Schiebemuffe einer Getriebekoppel- und/oder Getriebesynchronisationseinrichtung eines automatisierten Schaltgetriebes oder eine Schaltkupplung an einem Differentialgetriebe ist.