DE102006042697B4

DE102006042697B4 - Spannvorrichtung mit Taumelbolzen

Info

Publication number: DE102006042697B4
Application number: DE200610042697
Authority: DE
Inventors: Sandor PALVÖLGYI
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: DE102006042697A1

Abstract

Aktuator zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine wenigstens zweistufige axiale Betätigungsbewegung entlang einer Längsachse des Aktuators, mit
– einer Dreheinheit (14), die zu einer Drehbewegung (D) antreibbar ist,
– einer Stelleinheit (49), die mit der Dreheinheit (14) gekoppelt ist, und
– einem axial verfahrbaren Kolben (26), der mit der Stelleinheit über eine Hebeleinrichtung (44) verbunden ist,
wobei die Dreheinheit (14), die Stelleinheit und der Kolben (26) dergestalt zusammenwirken,
– dass durch eine erste Drehbewegung (D₁) der Dreheinheit (14) die Stelleinheit (49) zu einer Axialbewegung (S) relativ zu der Dreheinheit (14) antreibbar ist, um den Kolben (26) ohne Betätigung der Hebeleinrichtung (44) zu einer ersten Axialbewegung (S₁) anzutreiben, und
– dass durch eine zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) die Stelleinheit (49) zumindest teilweise zu einer Drehbewegung (D) gemeinsam mit der Dreheinheit (14) antreibbar ist, um die Hebeleinrichtung (44) zu verschwenken und den Kolben...

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine wenigstens zweistufige axiale Betätigungsbewegung entlang einer Längsachse des Aktuators sowie ein entsprechendes Verfahren.
Derartige Aktuatoren werden insbesondere in Vorrichtungen eingesetzt, die in einer ersten Stufe eine schnelle Betätigungsbewegung und in einer zweiten Stufe eine erhöhte Betätigungskraft erfordern. Ein konkreter Anwendungshintergrund kann beispielsweise die Betätigung einer Bremse sein.
Eine solche zweistufige axiale Betätigungseinrichtung mit unterschiedlichen Betätigungsweg-Betätigungskraft-Charakteristiken ist bei herkömmlichen Aktuatoren beispielsweise durch einen Spindelantrieb und axiale Nocken verwirklicht. Derartige Lösungen sind allerdings konstruktiv aufwendig und entwickeln nicht die geforderte Zustelldynamik und Zustellkraft.
Die DE 101 20 999 A1 offenbart einen Aktuator mit einer Dreheinheit, die zu einer Drehbewegung antreibbar ist, und einer Stelleinheit, die mit der Dreheinheit gekoppelt ist. Zudem ist aus der genannten Druckschrift eine in axialer Richtung der Dreheinheit verfahrbare Quertraverse bekannt, die mit der Stelleinheit über einen Hebelarm verbunden ist. Die Dreheinheit, die Stelleinheit und die axial verfahrbare Quertraverse wirken derart zusammen, dass durch eine Drehbewegung der Dreheinheit eine schnelle Stellbewegung der Quertraverse bei gleichzeitig großer Kraftwirkung erzielt werden kann. Die Hebeleinrichtung wird bei Betrieb der Dreheinheit stets betätigt, so dass eine einstufige axiale Betätigungsbewegung erzeugt wird.
Die DE 101 07 502 A1 beschreibt ebenfalls einen Aktuator zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung. Eine durch einen Hohlwellenmotor erzeugte axiale Bewegung einer Stelleinrichtung wird über einen Kniehebelmechanismus in eine axiale Betätigung einer axial verfahrbaren Werkzeugaufspannplatte umgesetzt. Die Betätigungsbewegung ist einstufig, das heißt der Kniehebelmechanismus wird während einer Drehbewegung des Motors stets betätigt.
Die DE 37 06 849 A1 betrifft eine Stelleinrichtung, die eine Drehbewegung einer Antriebswelle eines Elektromotors über eine Stelleinheit in Form eines Schneckenzahnrads in eine translatorische Bewegung eines verfahrbaren Kolbens umsetzt, wobei das Schneckenzahnrad über einen Hebel mit dem Kolben verbunden ist. Eine zweistufige axiale Betätigungsbewegung ist nicht vorgesehen, das heißt bei Betätigung des Motors findet stets eine Betätigung des mit dem Kolben verbundenen Hebels statt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator zu schaffen, der auf einfache und effiziente Weise eine Drehbewegung in eine wenigstens zweistufige axiale Betätigungsbewegung entlang seiner Längsachse umsetzt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mittels eines Verfahrens gemäß dem Anspruch 17.
Der erfindungsgemäße Aktuator umfasst eine Dreheinheit, eine Stelleinheit und einen axial verfahrbaren Kolben. Die Dreheinheit ist zu einer Drehbewegung antreibbar. Die Stelleinheit ist sowohl mit der Dreheinheit als auch mit dem axial verfahrbaren Kolben verbunden, wobei der Kolben mit der Stelleinheit über eine Hebeleinrichtung gekoppelt ist.
Die Dreheinheit, die Stelleinheit und der Kolben wirken derart zusammen, dass durch eine erste Drehbewegung der Dreheinheit die Stelleinheit zu einer Axialbewegung gegenüber der Dreheinheit antreibbar ist. Dadurch wird der Kolben ohne Betätigung der Hebeleinrichtung zu einer ersten Axialbewegung angetrieben. Durch eine anschließende zweite Drehbewegung der Dreheinheit ist die Stelleinheit zumindest teilweise zu einer Drehbewegung gemeinsam mit der Dreheinheit antreibbar. Durch die Drehbewegung der Stelleinheit wird die Hebeleinrichtung verschwenkt und der Kolben hierdurch zu einer zweiten Axialbewegung angetrieben.
Mit anderen Worten ist der Aktuator durch die erste und die zweite Drehbewegung der Dreheinheit zu einer zweistufigen axialen Betätigungsbewegung antreibbar, wobei diese sich aus einer ersten Stufe ohne Betätigung der Hebeleinrichtung und einer zweiten Stufe mit einer Betätigung der Hebeleinrichtung zusammensetzt. In der ersten Stufe wird also die erste Drehbewegung der Dreheinheit durch eine Axialbewegung der Stelleinheit direkt in eine ersten Axialbewegung des Kolbens umgesetzt. In der zweiten Stufe versetzt die zweite Drehbewegung der Dreheinheit die Stelleinheit zumindest teilweise in eine Drehbewegung, durch die die Hebeleinrichtung betätigt wird.
Die erste Stufe zeichnet sich durch eine schnelle axiale Betätigungsbewegung des Kolbens aus, während die zweite Stufe durch eine langsamere Betätigungsbewegung des Kolbens bei gleichzeitig deutlich erhöhter Anpresskraft charakterisiert wird. Würde man also den zurückgelegten axialen Betätigungsweg gegen die Drehbewegung der Dreheinheit auftragen, so ergäbe sich ein Funktionsverlauf mit zwei Geraden mit unterschiedlicher Steigung, wobei die erste größere Steigung ein schnelles Ansprechen des Kolbens (Betätigungsbewegung) auf eine Drehbewegung der Dreheinheit darstellt. Die zweite, flachere Steigung beschreibt die zweite Stufe der Aktuatorbewegung mit vergleichsweise geringer axialer Betätigungsbewegung des Aktuators, bei der gleichzeitig eine hohe Anpresskraft zur Verfügung gestellt wird. Das heißt eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen der Dreheinheit zeitigt einen geringen axialen Betätigungsweg des Kolbens verglichen mit der ersten Betätigungsstufe.
Solch ein Aktuator ist unter anderem bei Bremsen vorteilhaft einsetzbar. In der ersten Stufe der Aktuatorbewegung wird der Kolben mit einem ihm zugeordneten Bremsbelag in Richtung der Bremsscheibe gedrückt, wobei der Leerraum zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe schnell überwunden wird. In der zweiten Stufe wird bei Anschlag des Bremsbelags an die Bremsscheibe eine hohe Anpresskraft entwickelt, um so eine starke Bremswirkung zu erzielen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Die Stelleinheit kann mit der Dreheinheit über eine Gewindeverbindung gekoppelt sein. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass zumindest ein mit der Dreheinheit gekoppelter Teil der Stelleinheit drehbeweglich und axialbeweglich ist. Dadurch kann die Stelleinheit auf verschiedene Weisen auf den Kolben wirken, um die zweistufige axiale Betätigungsbewegung des Aktuators zu ermöglichen.
Bei der ersten Drehbewegung kann sich die Dreheinheit relativ zu der Stelleinheit drehen, während sie bei der zweiten Drehbewegung mit zumindest einem Teil der Stelleinheit verblockt ist.
Weiterhin kann die Stelleinheit ein Untersetzungsgetriebe aufweisen. Durch dieses Übersetzungsgetriebe kann die zweite Drehbewegung der Dreheinheit ins Langsame übersetzt werden, so dass die Stelleinheit zu einer gegenüber der zweiten Drehbewegung der Dreheinheit untersetzten Drehbewegung antreibbar ist.
Das Untersetzungsgetriebe kann insbesondere durch ein Exzenterplanetengetriebe gebildet werden. Hierfür kann vorgesehen sein, dass das Exzenterplanetengetriebe eine Exzenterhülse, ein Planetenrad und ein ortsfestes Hohlrad aufweist. Dabei kann die Exzenterhülse mit der Dreheinheit zusammenwirken. Das Planetenrad kann an der Exzenterhülse drehbar gelagert sein und wiederum mit dem Hohlrad kämmen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Hebeleinrichtung mit dem Planetenrad des Exzenterplanetengetriebes gekoppelt.
Außerdem kann das Planetenrad gemeinsam mit der Exzenterhülse relativ zu dem Hohlrad axial verfahrbar sein.
Um eine vorbestimmte Drehposition der Stelleinheit zu definieren, kann die Stelleinheit mittels einer Rückholfeder vorgespannt sein. Die Rückholfeder wirkt unter anderem entgegengesetzt zu der Verdrehung eines Teils der Stelleinheit während der zweiten Drehbewegung der Dreheinheit. Die Rückholfeder entwickelt vorzugsweise auch eine Kraftkomponente entgegen der Axialbewegung der Stelleinheit, die durch die erste Drehbewegung der Dreheinheit hervorgerufen wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Hebeleinrichtung sowohl an der Stelleinheit als auch an dem Kolben angelenkt. Dadurch kann eine Bewegung der Stelleinheit auf den Kolben übertragen werden. Insbesondere kann dadurch eine Drehbewegung der Stelleinheit während der zweiten Drehbewegung der Dreheinheit in die zweite Axialbewegung des Kolbens umgewandelt werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators ist die Hebeleinrichtung bezüglich der Längsachse des Aktuators während der ersten Drehbewegung der Dreheinheit schräg ausgerichtet. Durch die zweite Drehbewegung der Dreheinheit ist die Hebeleinrichtung in Richtung einer parallelen Ausrichtung bezüglich der Längsachse des Aktuators verschwenkbar.
Es kann vorgesehen sein, dass die Hebeleinrichtung mehrere um die Längsachse des Aktuators umfänglich verteilte Taumelbolzen aufweist. Durch das Vorsehen mehrerer Taumelbolzen wird beispielsweise die Übertragung der Anpresskraft effektiver gestaltet und gleichmäßiger von der Stelleinheit auf den Kolben übertragen.
Gemäß einer Ausführungsform des Aktuators ist diesem eine Steuereinrichtung zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, ist die Dreheinheit zu der ersten Drehbewegung und der zweiten Drehbewegung mit einer konstanten Drehzahl anzutreiben. Mit anderen Worten kann die, wie vorstehend beschrieben, zweistufige Axialbewegung des Kolbens allein durch eine gleich bleibende Drehzahl der Dreheinheit erzeugt werden. Eine Steuerung eines Antriebs der Dreheinheit wird dadurch wesentlich vereinfacht. Im einfachsten Fall müssen lediglich ein EIN- und ein AUS-Signal durch die Steuerung an den Antrieb übermittelt werden, um die zweistufige Betätigung des Aktuators zu steuern.
Weiterhin kann die Dreheinheit eine Spindel aufweisen und in Richtung der Axialbewegung des Kolbens vorgespannt sein.
Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren für ein wenigstens zweistufiges axiales Bewegen eines Kolbens eines Aktuators, wobei durch eine erste Drehbewegung einer Dreheinheit eine mit der Dreheinheit gekoppelte Stelleinheit zu einer Axialbewegung relativ zu der Dreheinheit angetrieben wird. Damit wird der Kolben gemeinsam mit der Stelleinheit zu einer ersten Axialbewegung angetrieben. Durch eine zweite Drehbewegung der Dreheinheit wird die Stelleinheit zumindest teilweise zu einer Drehbewegung gemeinsam mit der Dreheinheit angetrieben. Die Drehung der Stelleinheit bewirkt eine Verschwenkung der Hebeleinrichtung, die sowohl mit der Stelleinheit als auch mit dem Kolben verbunden ist. Durch die Schwenkbewegung wird der Kolben zu einer zweiten Axialbewegung angetrieben.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite Drehbewegung der Dreheinheit innerhalb der Stelleinheit ins Langsame übersetzt. Dadurch wird die Hebeleinrichtung am Ausgang der Stelleinheit mit einer Drehgeschwindigkeit verschwenkt, die kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit der Dreheinheit.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Stelleinheit während der ersten Drehbewegung der Dreheinheit von einer Rückholfeder in einer vorbestimmten Drehposition gehalten wird. Während der zweiten Drehbewe gung wird die Stelleinheit durch einen Reibschluss mit der Dreheinheit verblockt und folgt somit der Drehbewegung der Dreheinheit.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung der zweistufigen Betätigungsbewegung,
2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Aktuator,
3 einen Querschnitt entlang der Ebene AA' gemäß 2.
1 zeigt eine beispielhafte Betätigungswegcharakteristik 10 eines erfindungsgemäßen Aktuators zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine zweistufige axiale Betätigungsbewegung eines Kolbens entlang einer Längsachse des Aktuators. Dargestellt ist der axiale Betätigungsweg S als Funktion einer Drehbewegung D, mit welcher der Aktuator angetrieben wird. Die Drehbewegung D kann beispielsweise eine Umdrehungsanzahl oder – bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit – eine Zeit sein. Der Ursprung des Koordinatensystems stellt den Ausgangszustand A dar.
Während der ersten Stufe der Betätigungsbewegung wird ein Kolben des Aktuators durch eine erste Drehbewegung D₁ um eine erste Axialwegstrecke S₁ verfahren. In der zweiten Stufe der Betätigungsbewegung wird der Kolben um eine zweite Axialwegstrecke S₂ verschoben. Dazu wird die zweite Drehbewegung D₂ aufgebracht.
Aus 1 ist deutlich zu entnehmen, dass also eine Drehbewegung D des Antriebs des Aktuators entsprechend zweier im Wesentlichen linearer Umsetzungsfunktionen U₁, U₂ in eine axiale Betätigung umgesetzt wird. Es kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Betätigungswegcharakteristika 10 vorgesehen sein, um den jeweiligen Anforderungen Rechnung zu tragen.
Anhand von 2 und 3 werden die einen erfindungsgemäßen Aktuator 12 umfassenden Bauteile beschrieben.
Der Aktuator 12 umfasst eine Spindel 14, die mit einem Antriebskorb 16 fest verbunden ist. Der Antriebskorb 16 wird über ein Antriebszahnrad 18 von einem Antrieb 20 (Elektromotor) angetrieben. Die Spindel 14 ist durch Spindellager 22 in dem Aktuatorgehäuse 24 drehbar gelagert.
Der Aktuator 12 umfasst weiterhin einen Kolben 26, der durch die Drehbewegung D der Spindel 14 entlang einer Längsachse 27 des Aktuators axial bewegt werden soll.
Zu diesem Zweck ist eine die Spindel 14 teilweise umschließende Exzenterhülse 28 vorgesehen. Diese besitzt ein Innengewinde, das mit der Spindel 14 zusammenarbeitet. Die Exzenterhülse 28 ist in einer Planetenradöffnung 30 eines bezüglich der Achse 27 exzentrisch angeordneten Planetenrads 32 gelagert. Zwischen der Exzenterhülse 28 und dem Planetenrad 32 ist hierfür ein Planetenradlager 34 angeordnet. Das Planetenrad 32 kämmt mit einem Hohlrad 36, das fest mit dem Aktuatorgehäuse 24 verbunden ist. Die mit der Spindel 14 zusammenwirkende Exzenterhülse 28, das an der Exzenterhülse 28 drehbar gelagerte Planetenrad 32 und das gehäusefeste und mit dem Planetenrad 32 kämmende Hohlrad 36 bilden ein (sonnenradloses) Exzenterplanetengetriebe 38. Dieses bewirkt in Ab hängigkeit von dem Unterschied der jeweiligen Zähnezahl von Planetenrad 32 und Hohlrad 36 eine starke Übersetzung ins Langsame (vgl. nachstehend).
Ein Schnitt senkrecht zur Längsachse 27 des Aktuators durch das Exzenterplanetengetriebe 38 entlang der Schnittlinie AA' ist in 3 dargestellt. In der Mitte des Exzenterplanetengetriebes 38 ist die Spindel 14 angeordnet, die mit der Exzenterhülse 28 zusammenwirkt. Die Exzenterhülse 28 ist gemeinsam mit dem Planetenradlager 34 in der exzentrischen Planetenradöffnung 30 angeordnet. Eine Rückholfeder 40, deren Funktionsweise nachstehend beschrieben wird, greift an dem Planetenrad 32 an, um das Planetenrad 32 in eine vorbestimmte Drehposition vorzuspannen. Das Planetenrad 32 kämmt mit dem gehäusefesten Hohlrad 36.
Die Verbindung zwischen dem Exzenterplanetengetriebe 38 und dem Kolben 26 wird durch einen Adapterabschnitt 42 hergestellt (siehe 2), der mit dem Planetenrad 32 fest verbunden ist. An dem Kolbenadapter 42 sind mehrere Taumelbolzen 44 angelenkt, von denen in 2 nur einer gezeigt ist. Das jeweilige dem Adapterabschnitt 42 zugewandte Ende der Taumelbolzen 44 ist in einer Aufnahme 46 angeordnet. Das kolbenseitige Ende des Taumelbolzens 44 ist in einem Taumelbolzenlager 48 angeordnet. Der Kolben 26 ist auf nicht näher dargestellte Weise drehfest, jedoch axial verfahrbar gelagert.
Die Exzenterhülse 28, das Planetenrad 32 und der Adapterabschnitt 42 bilden eine Stelleinheit 49 des Aktuators 12.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Aktuators 12 unter Verwendung von 2 und 3 detailliert beschrieben, wobei in 2 der Aus gangszustand A dargestellt ist. Mit anderen Worten befindet sich der Kolben 26 des Aktuators 12 in einer eingefahrenen Position.
Zum Erzeugen einer Betätigungsbewegung B, symbolisiert durch einen Pfeil B im unteren Bereich der 2, wird die Spindel 14 durch den Antrieb 20 über das Antriebszahnrad 18 und den Antriebskorb 16 zu einer ersten Drehbewegung D₁ angetrieben. Durch die Gewindeverbindung mit der Spindel 14 wird die Exzenterhülse 28 axial entlang der Betätigungsbewegungsrichtung B verfahren, wodurch die gesamte Stelleinheit 49 (Exzenterhülse 28, Planetenrad 32 und Adapterabschnitt 42) und – über die Taumelbolzen 44 – der Kolben 26 in axialer Richtung ausgefahren werden. Es ist anzumerken, dass abgesehen von der Spindel 14 und der sie antreibenden Bauelemente alle Bauteile eine lediglich axiale Bewegung erfahren. Die durch die Umdrehungen der Spindel 14 erzeugte erste Axialbewegung S₁ gemäß der ersten Drehbewegung D₁ hängt demnach lediglich von der Steigung des Gewindes der Spindel 14 bzw. der Exzenterhülse 28 ab und ist durch eine lineare Funktion beschreibbar (siehe 1: U₁). Bei dieser axialen Bewegung bleibt das Planetenrad 32 in Eingriff mit dem Hohlrad 36, da letzteres eine entsprechende Breite in axialer Richtung aufweist.
Diese Art der Umsetzung der Drehbewegung der Spindel 14 in eine Betätigungsbewegung B des Kolbens 26 vollzieht sich so lange, bis der Kolben 26 auf Widerstand stößt. Bei einer Bremse kann dies z. B. nach Durchfahren eines Luftspalts zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe einer Bremse der Fall sein, wenn der Bremsbelag gegen die Bremsscheibe zu drücken beginnt. Dadurch wird zwischen der sich weiter drehenden Spindel 14 und der Exzenterhülse 28 eine Anpresskraft aufgebaut, die zu einem Reibschluss zwischen den beiden Komponenten führt. Die Spindel 14 und die Exzenterhülse 28 sind miteinander verblockt. Hierdurch wird die Exzenterhülse 28 ebenfalls zu einer Drehbewegung angetrieben. Durch die Exzentrizität der Exzenterhülse 28 wird das Planetenrad 32 zu einer Planetenbewegung angetrieben. Das Planetenrad 32 wälzt nun an dem Hohlrad 36 ab. Hierbei wirkt die Umlaufbewegung des Planetenrads 32 entgegen der Vorspannung der Rückstellfeder 40, die einerseits an dem Planetenrad 32 und andererseits am Gehäuse 24 befestigt ist.
Da das Planetenrad 32 geringfügig weniger Zähne aufweist als das Hohlrad 36 (z. B. eine Zahndifferenz von einem Zahn), ergibt sich eine starke Untersetzung der Drehbewegung der Spindel 14 ins Langsame. Die untersetzte Drehbewegung des Planetenrads 32 wird auf den fest mit dem Planetenrad 32 verbundenen Adapterabschnitt 42 übertragen.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Adapterabschnitt 42 eine Aufnahme 46 auf, in der der jeweilige Taumelbolzen 44 letztlich angelenkt ist. Durch die Drehbewegung des Adapterabschnitts 42 wird somit das zugewandte Ende des Taumelbolzens 44 drehbewegt, während das dem Kolben 26 zugewandte Ende keine Drehbewegung vollführt. Damit wird der jeweilige Taumelbolzen 44 aus einer Schräglage gemäß 2 in Richtung einer Parallelstellung zu der Längsachse 27 des Aktuators 12 verschwenkt. Über das kolbenseitige Ende des Taumelbolzens 44, das in dem Taumelbolzenlager 48 angelenkt ist, wird das Verspannen des Taumelbolzens 44 auf den Kolben 26 übertragen.
Mit anderen Worten wird – ohne Drehrichtungsumkehr – die andauernde Drehbewegung der Spindel 14 in der zweiten Stufe der Betätigungsbewegung (siehe 1, D₂) durch das Exzenterplanetengetriebe 38 in eine stark untersetzte Drehbewegung des Planetenrads 32 umgesetzt, wobei die Drehbewegung des Planetenrads 32 das Verschwenken der Taumelbolzen 44 in eine Stellung parallel zu der Längsachse 27 nach sich zieht.
Hierdurch wird ein Verspreizen des Kolbens 26 bezüglich der Stelleinheit 49 bewirkt, wobei zwar nur eine geringe Wegstrecke der zweiten Axialbewegung S₂ erzeugt wird, diese ist allerdings mit einer hohen Anpresskraft verbunden.
Die maximale Anpresskraft des Kolbens 26 wird durch Tellerfedern 50 begrenzt. Die Spindel 14 verfügt über die Möglichkeit, sich geringfügig in axialer Richtung zu bewegen Die Tellerfedern 50 wirken der Anpresskraft des Kolbens entgegen.
Ein Zurückstellen des ausgefahrenen Kolbens 26 erfolgt durch eine nun entgegengesetzte Drehbewegung des Antriebs 20 und damit der Spindel 14. Dadurch wird auch – unterstützt durch die Rückholfeder 40 – die Exzenterhülse 28 entgegen der vorstehend beschriebenen Betätigungsbewegungsrichtung B bewegt und das Planetenrad 32 einerseits in axialer Richtung zurückgestellt als auch in die Ausgangsposition zurückgedreht. Die Taumelbolzen 44 werden wieder zurück in die Schrägstellung des Ausgangszustands A geschwenkt.
Der beschriebene Aktuator 12 kann mit einer konstanten Drehzahl des Antriebs 20 betrieben werden. Die Zweistufigkeit der Betätigungsbewegung wird durch die Kombination eines Spindelantriebs in der ersten Stufe und einer Übersetzung der Spindelbewegung mit Betätigung einer Hebeleinrichtung in der zweiten Stufe der Betätigungsbewegung automatisch und insbesondere ohne zusätzliche Steuersignale erreicht. Der Einsatz eines solchen Aktuators 12 in einer Bremse, insbesondere einer Parkbremse, ermöglicht die schnelle Zustellung des Bremsbelags an die Bremsscheibe. Anschließend wird eine hohe Anpresskraft des Bremsbelags erzeugt. Es kann weitgehend auf komplexe Steuerungsvorrichtungen des Antriebs 20 verzichtet werden, da dieser mit konstanter Umdrehungs zahl betrieben werden kann, um die zweistufige Betätigungsbewegung zu erzeugen.

10: Betätigungswegcharakteristik
12: Aktuator
14: Spindel
16: Antriebskorb
18: Antriebszahnrad
20: Antrieb
22: Spindellager
24: Aktuatorgehäuse
26: Kolben
27: Langsachse
28: Exzenterhülse
30: Planetenradöffnung
32: Planetenrad
34: Planetenradlager
36: Hohlrad
38: Exzenterplanetengetriebe
40: Rückstellfeder
42: Adapterabschnitt
44: Taumelbolzen
46: Aufnahmen
48: Taumelbolzenlager
49: Stelleinheit
50: Tellerfeder
S: axialer Betätigungsweg
D: Drehbewegung
A: Ausgangszustand
D₁, D₂: erste, zweite Drehbewegung
S₁, S₂: erste, zweite Axialbewegung
U₁, U₂: Umsetzungsfunktion
B: Betätigungsweg

Claims

Aktuator zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine wenigstens zweistufige axiale Betätigungsbewegung entlang einer Längsachse des Aktuators, mit – einer Dreheinheit (14), die zu einer Drehbewegung (D) antreibbar ist, – einer Stelleinheit (49), die mit der Dreheinheit (14) gekoppelt ist, und – einem axial verfahrbaren Kolben (26), der mit der Stelleinheit über eine Hebeleinrichtung (44) verbunden ist, wobei die Dreheinheit (14), die Stelleinheit und der Kolben (26) dergestalt zusammenwirken, – dass durch eine erste Drehbewegung (D₁) der Dreheinheit (14) die Stelleinheit (49) zu einer Axialbewegung (S) relativ zu der Dreheinheit (14) antreibbar ist, um den Kolben (26) ohne Betätigung der Hebeleinrichtung (44) zu einer ersten Axialbewegung (S₁) anzutreiben, und – dass durch eine zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) die Stelleinheit (49) zumindest teilweise zu einer Drehbewegung (D) gemeinsam mit der Dreheinheit (14) antreibbar ist, um die Hebeleinrichtung (44) zu verschwenken und den Kolben (26) hierdurch zu einer zweiten Axialbewegung (S₂) anzutreiben.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit mit der Dreheinheit (14) über eine Gewindeverbindung gekoppelt ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit der Dreheinheit (14) gekoppelter Teil (28) der, Stelleinheit drehbeweglich und axialbeweglich ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (14) bei der ersten Drehbewegung (D₁) sich relativ zu der Stelleinheit dreht und bei der zweiten Drehbewegung (D₂) mit einem Teil (28) der Stelleinheit verblockt ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (49) ein Untersetzungsgetriebe aufweist, durch das die zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (D) ins Langsame übersetzbar ist.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe durch ein Exzenterplanetengetriebe (38) gebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterplanetengetriebe (38) – eine mit der Dreheinheit (14) zusammenwirkende Exzenterhülse (28), – ein an der Exzenterhülse (28) drehbar gelagertes Planetenrad (32), und – ein ortsfestes Hohlrad (36) aufweist, das mit dem Planetenrad (32) kämmt.
Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (44) mit dem Planetenrad (32) gekoppelt ist.
Aktuator nach zumindest einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (32) gemeinsam mit der Exzenterhülse (28) relativ zu dem Hohlrad (36) axial verfahrbar ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (49) mittels einer Rückholfeder (40) in eine vorbestimmte Drehposition vorgespannt ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (44) mit einem Ende an der Stelleinheit und mit einem anderen Ende an dem Kolben (26) angelenkt ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Drehbewegung (D₁) der Dreheinheit (14) die Hebeleinrichtung (44) bezüglich der Langsachse (27) des Aktuators (12) schräg ausgerichtet ist, wobei die Hebeleinrichtung (44) durch die zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) in Richtung einer parallelen Ausrichtung bezüglich der Längsachse (27) des Aktuators (12) verschwenkbar ist.
Aktuator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtung (44) mehrere um die Längsachse (27) des Aktuators (12) umfänglich verteilte Taumelbolzen aufweist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (14) zu der ersten Drehbewegung (D₁) und der zweiten Drehbewegung (D₂) mit einer konstanten Drehzahl antreibbar ist, um den Kolben (26) nacheinander zu der ersten und der zweiten Axialbewegung (S₁, S₂) anzutreiben.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (14) eine Spindel aufweist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreheinheit (14) in Richtung der axialen Ausfahrbewegung (B) des Kolbens vorgespannt ist.
Verfahren für ein wenigstens zweistufiges axiales Verfahren eines Kolbens eines Aktuators, – wobei durch eine erste Drehbewegung (D₁) einer Dreheinheit (14) eine mit der Dreheinheit (14) gekoppelte Stelleinheit (49) zu einer Axialbewegung (S) relativ zu der Dreheinheit (14) angetrieben wird, um den Kolben (26) gemeinsam mit der Stelleinheit zu einer ersten Axialbewegung (S₁) anzutreiben, und – wobei durch eine zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) die Stelleinheit zumindest teilweise zu einer Drehbewegung (D) gemeinsam mit der Dreheinheit (14) angetrieben wird, um eine Hebeleinrichtung (44) zu verschwenken, die die Stelleinheit mit dem Kolben (26) verbindet, und um hierdurch den Kolben zu einer zweiten Axialbewegung (S₂) anzutreiben.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) innerhalb der Stelleinheit (49) ins Langsame übersetzt wird, um am Ausgang der Stelleinheit die Hebeleinrichtung (44) mit einer Drehgeschwindigkeit zu verschwenken, die bezüglich der Drehgeschwindigkeit der Dreheinheit (14) verringert ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (49) während der ersten Drehbewegung (D₁) der Dreheinheit (14) von einer Rückholfeder (40) in einer vorbestimmten Drehposition gehalten wird, wobei die Stelleinheit während der zweiten Drehbewegung (D₂) der Dreheinheit (14) durch einen Reibschluss mit der Dreheinheit (14) verblockt ist und somit der Drehbewegung (D) der Dreheinheit (14) folgt.