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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Blockierung
eines linearen Stellantriebs umfassend einen Rotationsantrieb und
eine nicht selbsthemmende Bewegungsschraube gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, gegen das unbeabsichtigte Verstellen
eines Stellantriebs zusätzliche Bremsen oder Blockiervorrichtungen
vorzusehen. Hierbei ist vorgesehen, dass im Fall eines Stromausfalls
oder eines Fehlverhaltens die Bremse bzw. die Blockiervorrichtung
schließt und den Stellantrieb in der aktuellen Position
arretiert.
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Die
verwendeten Bremsen können als Federdruck- oder Permanentmagnet-Ein-
oder Mehrflächenbremsen, als Scheibenbremsen mit elektromechanisch,
elektromagnetisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten
Bremskolben, als Keilbremsen, als Bandbremse oder als Schlingbandbremsen
ausgeführt sein, wobei die sich die Wirkprinzipien nach dem
erzielbaren Verstärkungsfaktor und der Reibpaarung unterscheiden.
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In
Abhängigkeit von der Anwendung können sich unterschiedliche
Betätigungsarten (hydraulisch, pneumatisch elektrisch)
als geeignet erweisen. Für die Anwendung eine Bremse als
Lastmomentsperre ist eine hohe Selbstverstärkung der Bremse
vorteilhaft, um die Betätigungskräfte der Bremse
gering zu halten. Ferner ist es vorteilhaft für die Betätigung
einer Bremse zur Blockierung eines Stellantriebs die Energieform
des Stellantriebs zu benutzen.
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Alternativ
zu einer Bremse zur Blockierung eines Stellantriebs können
Zahnkupplungen eingesetzt werden, die anstelle von Reibflächen
verzahnte Scheiben aufweisen. Die Verwendung von Zahnkupplungen
resultiert in dem Vorteil, dass das übertragbare Drehmoment
deutlich höher ist, als bei Bremsen.
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Aus
dem Stand der Technik sind auch Blockiervorrichtungen und mechanische
Sperren bekannt, die einen Stift aufweisen, welcher mit einer verzahnten
oder profilierten Scheibe beispielsweise durch elektromagnetische
Betätigung in Eingriff gebracht werden kann.
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Die
formschlüssigen Blockierungen oder Kupplungen weisen jedoch
den Nachteil auf, dass die Anzahl an Einrastpositionen über
den Umfang begrenzt ist, was unter Relativdrehzahl der Bauteile
in einem mehrmaligen Überspringen resultieren kann, bevor
die Kupplung oder die Blockierung schließt.
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Ferner
weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte den Nachteil
auf, dass ein zusätzlicher Betätigungsmechanismus
erforderlich ist, welcher mit Energie versorgt werden muss und zusätzlichen
Bauraum beansprucht.
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Um
diesen Nachteil zu vermeiden, sind selbstschaltende Freiläufe
bekannt, die rücktreibende Momente in einem Stellantrieb
blockieren. Hierbei entsteht ein Nachteil beim Stellen eines Drehmoments
in der Richtung des anliegenden Lastmoments, da sobald das Lastmoment
höher ist als das gleichgerichtete Antriebsmoment, sich
der Abtrieb schneller als der Antrieb dreht, wodurch die Kupplung schließt
und erst wieder öffnet, wenn der Motor, d. h. der Antrieb
den Abtrieb einholt; dies kann zu einem unerwünschten Rucken
des Abtriebs des Stellantriebs kommen.
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Aus
der
DE 10 2007
045 371 A1 der Anmelderin ist eine Lastmomentsperre bekannt,
mit einem Eingangselement und einem Ausgangselement, welche in einem
Gehäuse drehbar angeordnet sind, umfassend ein erstes Bauteil
und ein zweites Bauteil, die jeweils um eine Drehachse drehbar sind
und aus einer Neutrallage heraus um einen Maximalwinkel in eine
erste Drehrichtung und um einen weiteren Maximalwinkel in eine zweite
Drehrichtung relativ zueinander verdrehbar sind. Hierbei ist das
zweite Bauteil ortsfest angeordnet und steht mit dem Eingangselement
in Wirkverbindung, wobei das erste Bauteil entlang seiner Drehachse
beweglich ist und mit dem Ausgangselement in Wirkverbindung steht.
Ferner steht das zweite Bauteil mit einer Bremse in Wirkverbindung,
welche ein an dem Ausgangselement wirkendes Drehmoment auf das Gehäuse überträgt, wenn
sich das erste Bauteil in seiner Grundposition befindet. Bei der
bekannten Lastmomentsperre befinden sich an dem ersten oder zweiten
Bauteil mindestens zwei Steigungen, die derart ausgestaltet sind,
dass das erste Bauteil bei einer Relativdrehung zwischen dem ersten
und dem zweiten Bauteil entlang seiner Drehachse bewegt wird, wodurch
die Bremse geöffnet wird, wobei bei einer Weiterführung der
Relativdrehung um den jeweiligen Maximalwinkel eine formschlüssige
Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil hergestellt
wird, über die eine Drehmomentübertragung von
dem Eingangselement auf das Ausgangselement möglich ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Blockierung eines linearen Stellantriebs umfassend eine von
einem Motor angetriebene nicht selbsthemmende Bewegungsschraube,
deren Spindel den Hauptabtrieb bildet anzugeben, durch die der Stellantrieb
in jeder Position blockiert werden kann, ohne dass der Hauptabtrieb eine
Selbsthemmung mit niedrigem Wirkungsgrad oder eine zusätzliche
Sperrvorrichtung benötigt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile
gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach
wird eine Vorrichtung zur Blockierung eines linearen Stellantriebs
umfassend eine von einem ersten Antrieb angetriebene nicht selbsthemmende
Bewegungsschraube, deren Spindel den Hauptabtrieb bildet, vorgeschlagen,
welche eine selbsthemmende Bewegungsschraube umfasst, deren Spindel
oder deren Mutter über einen zweiten Antrieb angetrieben
wird. Hierbei ist vorgesehen, dass das nicht angetriebene Bauteil
der selbsthemmenden Bewegungsschraube, nämlich die Mutter
für den Fall, dass die Spindel über den zweiten
Antrieb angetrieben wird und umgekehrt einen Anschlag für
die den Hauptabtrieb des linearen Stellantriebs bildende Spindel
bildet, wobei der Anschlag entsprechend der gezielten axialen Verschiebung
der Spindel bei gleichzeitiger Selbsthemmung synchron axial verstellt
wird.
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Vorzugsweise
sind der erste Antrieb und der zweite Antrieb als Elektromotoren
ausgeführt, deren Ansteuerungen elektrisch fest oder schaltbar
gekoppelt sind. Hierbei ist die Kopplung und Ausführung der
Elektromotoren derart gestaltet, dass die lineare Verstellbewegung
des Hauptabtriebs und des Anschlags synchron ist.
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Beide
Elektromotoren können grundsätzlich auch als geregelte
Gleichlaufantriebe ausgeführt werden, wobei die Winkeltreue
beider Antriebe nicht nur durch die Polzahl oder das Polzahlverhältnis
gegeben ist, sondern auch durch eine entsprechende Regelung basierend
auf Winkelsensoren.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung ist die selbsthemmende
Bewegungsschraube parallel zur nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube
angeordnet, wobei deren Spindel über den zweiten Antrieb
angetrieben wird und axial betrachtet zwischen zwei Gehäuseteilen
angeordnet ist, welche jeweils einen Anschlag bilden. Die Mutter der
selbsthemmenden Bewegungsschraube bildet hierbei einen Anschlag
für die den Hauptabtrieb des linearen Stellantriebes bildende
Spindel der nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube.
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Im
Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist
die selbsthemmende Bewegungsschraube koaxial zur nicht selbsthemmenden
Bewegungsschraube angeordnet, wobei die Mutter der selbsthemmenden
Bewegungsschraube axial betrachtet spielbehaftet in einer durch
zwei Gehäuseteile gebildeten Nut angeordnet ist und wobei
die Mutter vom zweiten Antrieb angetrieben wird und das der nicht
selbsthemmenden Bewegungsschraube zugewandte Ende der Spindel der
selbsthemmenden Bewegungsschraube einen Anschlag für den
Hauptabtrieb des linearen Stellantriebs bildet.
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Durch
die erfindungsgemäße Konzeption wird der Vorteil
erzielt, dass der lineare Stellantrieb in jeder Position blockiert
werden kann, ohne dass der Hauptabtrieb eine Selbsthemmung mit niedrigem Wirkungsgrad
oder eine zusätzliche Sperrvorrichtung aufweist.
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Besonders
bevorzugt wird die Vorrichtung im Sinne der Erfindung für
ein Personen- oder Nutzfahrzeug, insbesondere für ein Fahrzeugfahrwerk
oder ein Fahrzeugantriebsstrang verwendet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren
beispielhaft näher erläutert. Gleiche bzw. vergleichbare
Bauteile sind dabei auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines linearen Stellantriebs umfassend
eine gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zur Blockierung des
Stellantriebs; und
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2 eine
schematische Schnittansicht eines linearen Stellantriebs umfassend
eine gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ausgeführte Vorrichtung zur Blockierung des
Stellantriebs.
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In 1 ist
ein linearer Stellantrieb 1 dargestellt, der eine nicht
selbsthemmende Bewegungsschraube 2 aufweist, deren Spindel 8 den
Hauptabtrieb bildet und deren Mutter 6 von einem ersten
Antrieb 3, der vorzugsweise als Elektromotor ausgeführt ist, über
einen Riementrieb 4 angetrieben wird. Die Spindel 8 der
nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube 2 ist hierbei verdrehsicher
und axial verschiebbar in einem Gehäuse 5 geführt
und führt eine Linearbewegung aus. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen
kann der Antrieb der Mutter 6 über weitere geeignete
Bauteile realisiert werden, wie z. B. über ein Getriebe,
beispielsweise über eine Stirnradstufe.
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Bezugnehmend
auf 1 umfasst die Vorrichtung zur Blockierung des
linearen Stellantriebs 1 eine selbsthemmende Bewegungsschraube 7,
die parallel zur nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube 2 angeordnet
ist und deren Spindel 9 über einen zweiten Antrieb 10 angetrieben
wird.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist die Spindel 9 axial
betrachtet zwischen zwei Gehäuseteilen 16, 12 angeordnet,
welche jeweils einen Anschlag bilden. Dieser Anschlag kann elastisch
ausgeführt sein, wobei die Anordnung der Spindel 9 axial
betrachtet spielbehaftet sein kann.
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Gemäß der
Erfindung bildet die Mutter 13 der selbsthemmenden Bewegungsschraube 7 einen
Anschlag für die den Hauptabtrieb des linearen Stellantriebes 1 bildende
Spindel 8 der nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube 2,
wobei dieser Anschlag entsprechend der gezielten axialen Verschiebung
der den Hauptantrieb des linearen Stellantriebs 1 bildenden
Spindel 8 bei gleichzeitiger Selbsthemmung synchron axial
verstellt wird.
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Der
erste Antrieb 3 und der zweite Antrieb 10 sind
als Elektromotoren ausgeführt, deren Ansteuerungen elektrisch
fest oder wie in 1 gezeigt über eine
Schaltung 11 schaltbar gekoppelt sind. Hierbei ist die
Kopplung und Ausführung der Elektromotoren 3, 10 derart
gestaltet, dass die lineare Verstellbewegung des Hauptabtriebs 8 und
des bei dem in 1 gezeigten Beispiel durch die
Mutter 13 gebildeten Anschlags synchron ist.
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Gemäß der
Erfindung kann eine kraftfreie und nur reibungsbehaftete Verstellung
des Anschlags durch ein Lüftspiel zwischen der Spindel 8 und
dem Anschlag für die Spindel 8 und/oder durch eine
elastische Ausführung des Anschlags für die Spindel 8 erzielt
werden.
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Die
Synchronisierung des Antriebs 10 mit dem Antrieb 3 erfolgt
dadurch, dass die Übersetzung der Antriebspfade der nicht
selbsthemmenden Bewegungsschraube 2 und der selbsthemmenden
Bewegungsschraube 7 gleich ist. Hierbei besteht die jeweilige Übersetzung
aus der elektrischen Übersetzung, d. h. aus der Polpaarzahl
der Antriebe und der mechanischen Übersetzung der Antriebe,
die sich aus der Übersetzung eines in den jeweiligen Antrieb
integrierten oder mit dem Antrieb verbundenen Getriebes und der
Steigung der jeweiligen Bewegungsschraube ergibt.
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Die
elektrische Kopplung des Antriebs 3 mit dem Antrieb 10 ist
vorzugsweise schaltbar ausgeführt. Die schaltbare Ausführung
der elektrischen Kopplung ist besonders vorteilhaft, wenn das Getriebe
des Antriebs 3 Elastizitäten aufweist, was bei einem
Riementrieb der Fall ist oder wenn sich unter besonderen Gegebenheiten,
beispielsweise durch Missbrauch die ursprüngliche Kopplung
der Antriebe 3, 10 verschieben kann. Für
den Fall, dass das Getriebe des ersten Antriebs 3 Elastizitäten
aufweist, sollte die elektrische Kopplung des Antriebs 3 mit dem
Antrieb 10 schaltbar ausgeführt sein.
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Um
die Kopplung der Antriebe 3, 10 nachzujustieren,
wird die elektrische Kopplung aufgetrennt und der Antrieb 3 mit
der selbsthemmenden Bewegungsschraube 7 synchronisiert,
wobei die elektrische Übersetzung des Antriebs 3 vorzugsweise
ein ganzzahliges Vielfaches der mechanischen Übersetzung
des Antriebs 3 ist, die sich für das in 1 gezeigte
Beispiel aus der Übersetzung des Riementriebs 4 ergibt.
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Das
in 2 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel
nach 1 dadurch, dass die selbsthemmende Bewegungsschraube 7 koaxial
zur nicht selbsthemmenden Bewegungsschraube 2, deren Spindel 8 den
Hauptabtrieb des linearen Stellantriebs 1 bildet, angeordnet
ist und dass im Gegensatz zur Ausführungsform nach 1 die Mutter 13 der
selbsthemmenden Bewegungsschraube 7 vom zweiten Antrieb 10 angetrieben
wird.
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Hierbei
ist die Mutter 13 axial betrachtet spielbehaftet in einer
durch zwei Gehäuseteile 14, 15 gebildeten
Nut angeordnet, wobei die Gehäuseteile 14, 15 jeweils
einen Anschlag für die Mutter 13 bilden. Gemäß der
Erfindung wird in diesem Fall die Mutter 13 derart synchron
mit dem Hauptabtrieb bewegt, dass das der nicht selbsthemmenden
Bewegungsschraube 2 zugewandte Ende der Spindel 9 entsprechend
der gezielten axialen Verschiebung der den Hauptantrieb des linearen
Stellantriebs 1 bildenden Spindel 8 bei gleichzeitiger
Selbsthemmung synchron axial verstellt wird und einen Anschlag für
die Spindel 8 bildet. Die Synchronisierung des Antriebs 10 mit
dem Antrieb 3 erfolgt analog zur Synchronisierung der Antriebe 3, 10 bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Hierbei
ist die Kopplung und Ausführung der Elektromotoren 3, 10 derart
gestaltet, dass die lineare Verstellbewegung des Hauptabtriebs 8 und
des durch die Spindel 9 gebildeten Anschlags synchron ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- linearer
Stellantrieb
- 2
- nicht
selbsthemmende Bewegungsschraube
- 3
- erster
Antrieb
- 4
- Riementrieb
- 5
- Gehäuse
- 6
- Mutter
- 7
- selbsthemmende
Bewegungsschraube
- 8
- Spindel
- 9
- Spindel
- 10
- zweiter
Antrieb
- 11
- Schaltung
- 12
- Gehäuseteil
- 13
- Mutter
- 14
- Gehäuseteil
- 15
- Gehäuseteil
- 16
- Gehäuseteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007045371
A1 [0010]
