DE102009019209A1

DE102009019209A1 - Lineareinheit

Info

Publication number: DE102009019209A1
Application number: DE102009019209A
Authority: DE
Inventors: Stefan A. Drumm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit zum Aufbringen einer axial wirkenden Kraft, bestehend aus einem Rotations-Translationsgetriebe, das eine Gewindespindel sowie eine Gewindemutter aufweist, sowie aus einem bürstenlosen Elektromotor mit einem Rotor sowie einem Stator, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Um den Aufbau einer derartigen Lineareinheit bei gleichzeitiger Reduzierung des erforderlichen Bauraums zu vereinfachen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Gewindespindel (21) vom Elektromotor (1) angetrieben wird und dass die Gewindemutter (22) nicht drehbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit zum Aufbringen einer axial wirkenden Kraft bestehend aus einem Rotations-Translationsgetriebe, das eine Gewindespindel sowie eine Gewindemutter aufweist, sowie aus einem bürstenlosen Elektromotor mit einem Rotor sowie einem Stator, die in einem Gehäuse angeordnet sind.
Eine derartige Lineareinheit ist aus der DE 198 57 805 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Lineareinheit ist die Gewindemutter unmittelbar oder mittels eines Hohlwellengetriebes mit dem Rotor des Elektromotors verbunden, wobei die Gewindespindel durch die Gewindemutter und den Rotor des Elektromotors hindurch geführt wird.
Um eine einwandfreie Funktion der vorbekannten Lineareinheit zu gewährleisten muss für die Gewindespindel eine Verdrehsicherung vorgesehen sein, deren Verwendung jedoch mit einem zusätzlichen Bauraumbedarf verbunden ist. Der Kraftfluss erfolgt von der Gewindespindel über die Gewindemutter sowie mindestens ein die Gewindemutter aufnehmendes Lager in ein Gehäuse, so dass über das Lager hohe axiale Kräfte übertragen werden. Eine entsprechende Auslegung des Lagers verursacht jedoch einen hohen Kostenaufwand.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lineareinheit der oben genannten Gattung dahin gehend zu verbessern, dass deren Aufbau bei gleichzeitiger Reduzierung des erforderlichen Bauraums vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs aufgeführten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen 2 bis 15 entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt 1 eine erfindungsgemäße Lineareinheit in einer Längsschnittdarstellung in zusammen gebautem Zustand und 2 die gleiche Lineareinheit in einem in zwei Baugruppen zerlegten Zustand in einer 1 entsprechenden Darstellung.
Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemäße Lineareinheit im Wesentlichen aus einer ersten Baugruppe 1, die den büstenlosen Elektromotor 1 umfasst, sowie einer zweiten Baugruppe 2, die das Rotations-Translationsgetriebe umfasst, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Kugelgewindetrieb 2 ausgebildet ist. Zur Herstellung einer funktionsfähigen Einheit werden die Baugruppen 1, 2 ineinander gesteckt und die Steckverbindung wird durch nicht dargestellte Verbindungselemente gesichert. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die genannte Verbindung keine großen axialen Kräfte überträgt, weil sie nicht Bestandteil des Kraftflusspfads ist. Ermöglicht wird dies dadurch, dass der Kraftfluss der vom Rotations-Translationsgetriebe aufgebrachten axialen Kraft innerhalb der zweiten Baugruppe 2 in sich geschlossen ist. Die Verbindung der beiden Baugruppen 1 und 2 muss lediglich der vergleichsweise geringen Belastung durch das Abstützen des Antriebsmoments des Elektromotors (10, 11, 12) standhalten.
Der eine Antriebseinheit bildenden ersten Baugruppe 1 ist wirkungsmäßig eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung 3 nachgeschaltet, die im gezeigten Beispiel als ein einkammriger Hauptzylinder ausgebildet ist.
Die erste Baugruppe 1 weist ein Gehäuse 10 auf, in dem ein Stator 11 sowie ein Rotor 12 angeordnet sind, die die Drehmoment gebenden Teile eines Elektromotors 10, 11, 12 bilden. Der Lagerung des Rotors 12 im Gehäuse 10 des Elektromotors dienen zwei Radiallager 13, 14. Der Rotor 12 besteht aus einer topf-förmigen Hülse 15, an deren Oberfläche in regelmäßigen Winkelabständen Permanentmagnetsegmente 16 angeordnet sind. Zur Ermittlung der für ein phasenrichtiges Bestromen des Stators 11 benötigten Winkellage des Rotors 12 ist ein berührungslos arbeitender Lagesensor 17 vorgesehen, der in der dargestellten Ausführung mit einem am Rotor 12 im Bereich des Radiallagers 13 angeordneten Magneten 18 zusammen wirkt und dessen Signale einer nicht dargestellten elektronischen Steuer- oder Regeleinheit zugeführt werden. Außerdem sind an der zylindrischen Innenwand der Hülse 15 radial nach innen gerichtete Stege 19 angebracht, deren Aufgabe weiter unten erläutert wird. Dem Anschluss der Statorwicklung an eine (nicht dargestellte) geeignete elektrische Stromquelle dienen am Wickelkopf 20 ausgebildete elektrische Kontaktelemente 35, die vor einer Beschädigung beispielsweise durch einen Deckel 36 geschützt sind.
Das vorhin erwähnte Rotations-Translationsgetriebe bzw. der Kugelgewindetrieb dient der Umwandlung der vom Rotor 12 des Elektromotors 1 ausgeführten Drehbewegung in eine translatorische Bewegung, die zur Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung 3 erforderlich ist. Dabei weist der Kugelgewindetrieb eine Gewindespindel 21, eine Gewindemutter 22 sowie zwischen ihnen angeordnete mehrere Kugeln 23 auf, die in schraubenlinienförmigen Rillen 37 auf der Oberfläche der Gewindespindel 21 geführt sind. Eine an dem der Kolben-Zylinder-Anordnung 3 abgewandten Ende der Gewindespindel 21 befestigte Drehmomentübertragungskupplung 24 steht im Eingriff mit den oben erwähnten Stegen 19 und ermöglicht eine Übertragung der Drehbewegung des Rotors 12 auf die Gewindespindel 21. Außerdem gleicht die Drehmomentübertragungskupplung 24 ein radiales Spiel in einer zur Achse der Gewindespindel 21 senkrechten Ebene aus. Anstelle des dargestellten Kugelgewindetriebs kann selbstverständlich auch jedes andere Rotations-Translationsgetriebe wie beispielsweise ein einfaches Bewegungsgewinde oder Rollengewindetrieb eingesetzt werden.
Um den vorhin genannten Eingriff der Drehmomentübertragungskupplung 24 mit dem Rotor 12 zu realisieren werden die Stege 19 von in einer die Drehmomentübertragungskupplung bildenden Kupplungsscheibe 24 ausgebildeten radialen Ausnehmungen aufgenommen. Alternativ kann der Rotor 12 mit axialen Ausnehmungen versehen sein, die an der Drehmomentübertragungskupplung 24 ausgebildete Vorsprünge aufnehmen. Eine weitere solche Wirkkombination aus radialen Ausnehmungen und Vorsprüngen ist in der Verbindung der Kupplungsscheibe 24 mit der Spindel 21 vorgesehen, wobei die erste und die weiteren Drehmoment übertragenden Wirkverbindungen zueinander orthogonale radiale Spiele zulassen und so einen fertigungsbedingt möglicherweise vorhandenen Achsversatz von Rotor- und Spindelachse durch Zulassen einer kleinen Relativbewegung in einer zur Achse der Gewindespindel 21 senkrechten Ebene ausgleicht.
Die Drehmomentübertragungskupplung 24 ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie im Bereich wenigstens einer Endlage des Kugelgewindetriebs 2 kein Drehmoment überträgt. Zu diesem Zweck ist die axiale Länge der Stege 19 an die Endlagen des Kugelgewindetriebs 2 derart angepasst, dass die Drehmomentübertragungskupplung 24 beim Erreichen der Endlagen außer Eingriff gebracht wird.
Weiterhin ist der Zeichnung zu entnehmen, dass die Gewindemutter 22 in einem Gehäuse 25 der hydraulischen Kolben-Zylinderanordnung 3 angeordnet ist, das an das Gehäuse 10 des Elektromotors 1 angeflanscht ist. Zum Fixieren der Gewindemutter 22 im Gehäuse 25 ist eine Halteplatte vorgesehen, die mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist. Die translatorische Bewegung der Gewindespindel 21 wird an ein Kraftübertragungselement bzw. Hydraulikkolben 27 der Kolben-Zylinderanordnung 3 übertragen, der mittels mechanischer Mittel 28 am anderen Ende der Gewindespindel 21 befestigt ist. Die mechanischen Mittel sind im gezeigten Beispiel als eine Verliersicherung ausgebildet. Außerdem ist zwischen der Gewindespindel 21 und dem Hydraulikkolben 27 ein Axiallager 29 angeordnet.
Um in einem im Gehäuse 25 vom Hydraulikkolben 27 begrenzten hydraulischen Druckraum 30 einen hydraulischen Druck aufzubauen ist der Hydraulikkolben 27 mit einer Dichtmanschette 31 versehen, wobei zum Zurück stellen des Hydraulikkolbens 27 eine Rückstellfeder 32 vorgesehen ist. Außerdem trägt der Hydraulikkolben 27 an seinem dem Druckraum 30 zugewandten Ende ein Positionsgeberelement 33, beispielsweise einen Magnetring, das mit einer am Gehäuse 25 angebrachten Lagesensoreinrichtung 34 zusammenwirkt. Um einen nicht gezeigten hydraulischen Verbraucher an den Druckraum 30 anzuschließen ist im Gehäuse 25 der Kolben-Zylinder-Anordnung 3 ein Hydraulikanschluss 34 ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19857805 A1 [0002]

Claims

Lineareinheit zum Aufbringen einer axial wirkenden Kraft bestehend aus einem Rotations-Translationsgetriebe, das eine Gewindespindel sowie eine Gewindemutter aufweist, sowie aus einem bürstenlosen Elektromotor mit einem Rotor sowie einem Stator, die in einem Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (21) vom Elektromotor (1) angetrieben wird und dass die Gewindemutter (22) nicht drehbar gelagert ist.
Lineareinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (21) vom Elektromotor (1) mittels einer Verschiebekupplung bzw. einer Drehmomentübertragungskupplung (24) angetrieben wird, die ein radiales Spiel in einer zur Achse der Gewindespindel (21) senkrechten Ebene ausgleicht.
Lineareinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) mit axialen, nach innen gerichteten Stegen (19) versehen ist, die mit in einer Kupplungsscheibe der Drehmomentübertragungskupplung (24) ausgebildeten Ausnehmungen zusammen wirken.
Lineareinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) mit axialen Ausnehmungen versehen ist, die mit an einer Kupplungsscheibe der Drehmomentübertragungskupplung ausgebildeten Vorsprüngen zusammen wirken.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Lineareinheit aus zwei vormon tierbaren Baugruppen (1, 2) besteht, wobei die erste Baugruppe den Elektromotor (1) und die zweite Baugruppe (2) das Rotations-Translationsgetriebe umfasst.
Lineareinheit nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppen (1, 2) durch ein Ineinanderstecken miteinender verbunden werden, das im gleichen Arbeitsgang sowohl die Drehmomentübertragungskupplung (24) als auch die Gehäuse (10, 3) der ersten und zweiten Baugruppe (1, 2) zusammenfügt, wobei die Gehäuseverbindung derart gestaltet ist, dass sie außerhalb des Kraftflusspfads der vom Rotations-Translationsgetriebe aufgebrachten axialen Kraft liegt.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss der vom Rotations-Translationsgetriebe aufgebrachten axialen Kraft innerhalb der zweiten Baugruppe (2) in sich geschlossen ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Elektromotor (1) abgewandten Ende der Gewindespindel (21) ein Axiallager (29) vorgesehen ist, dem ein Kraftübertragungselement (27) nachgeordnet ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (27) an der Gewindespindel (21) durch mechanische Mittel (28) gesichert ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Baugruppe (2) ein Gehäuse (25) aufweist, das sowohl die hydraulische Zylin der-Kolben-Anordnung (3) als auch die Gewindemutter (22) aufnimmt.
Lineareinheit nach Anspruch 8 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement als hydraulischer Kolben (27) der Zylinder-Kolben-Anordnung (3) ausgebildet ist.
Lineareinheit nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (32) vorgesehen ist, die den Kolben (28) entgegen der Betätigungsrichtung der Zylinder-Kolben-Anordnung (3) vorspannt.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein Halteelement (26) zum axialen Fixieren der Gewindemutter (22) im Gehäuse (25) zweiten Baugruppe (2) vorgesehen ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebekupplung bzw. die Drehmomentübertragungskupplung (24) derart ausgeführt ist, dass sie im Bereich wenigstens einer Endlage des Kugelgewindetriebs (2) kein Drehmoment überträgt.
Lineareinheit nach Anspruch 3 und 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (19) auf die Endlagen des Kugelgewindetriebs (2) derart abgestimmt sind, dass die Verschiebekupplung bzw. die Drehmomentübertragungskupplung (24) beim Erreichen der Endlagen außer Eingriff gebracht wird.