DE102009030010A1

DE102009030010A1 - Wandlereinrichtung

Info

Publication number: DE102009030010A1
Application number: DE200910030010
Authority: DE
Inventors: René Scheucher
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-12-30
Also published as: WO2010149497A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements, wobei die Wandlereinrichtung eine Energiespeichervorrichtung umfasst, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements.
Derartige Wandlereinrichtungen finden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eine breite Anwendung. Durch sie wird eine Rotationsbewegung eines Motors in eine im Wesentlichen geradlinige Bewegung umgesetzt, die beispielsweise zur Aktuierung verschiedener Funktionseinheiten genutzt werden kann. Dabei tritt häufig das Problem auf, dass eine Aktuierungsbewegung momentan nicht möglich ist und dass eine erzwungene Aktuierungsbewegung die beteiligten Komponenten stark belastet und gar schädigen könnte. Als konkretes Beispiel sei eine Parksperre genannt, die eine Sperrklinke mit einem Sperrzahn aufweist, der in eine Ausnehmung eines Klinkenrads eingreift, um eine mit dem Klinkenrad drehfest verbundene Welle zu arretieren. Das Eingreifen des Sperrzahns wird dabei durch eine auf die Sperrklinke wirkende Translationsbewegung bewirkt. In einer Situation, in der der Sperrzahn auf einen Klinkenradzahn zwischen den Ausnehmungen des Klinkenrads trifft, ist ein Einrasten der Parksperre nicht möglich. Eine unkontrollierte Zwangsbewegung zum Aktuieren der Parksperre führt dann zu hohen Belastungen der Sperrklinke und des Klinkenrads und kann diese und/oder den Aktuatormotor schädigen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Wandlereinrichtung zu schaffen, die der vorstehend genannten Problematik Rechnung trägt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Wandlereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß umfasst die Wandlereinrichtung eine Energiespeichervorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.
Durch die Energiespeichervorrichtung kann die Rotationsbewegung – bildlich gesprochen – „zwischengespeichert” oder „gepuffert” werden, um zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegeben zu werden, insbesondere in Form einer Translationsbewegung. Bezogen auf das vorstehend geschilderte Beispiel einer Parksperre in einer „Zahn-auf-Zahn”-Situation bedeutet dies, dass eine Rotationsbewegung durch die Energiespeichervorrichtung der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung aufgenommen wird, solange der Sperrzahn nicht einrasten kann. Bewegt sich das Klinkenrad geringfügig weiter, wird das Einrasten ermöglicht und die zwischengespeicherte Energie kann an die Sperrklinke abgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Wandlereinrichtung puffert somit die ihr zugeführte Bewegungsenergie, bis diese wieder abgegeben werden kann. Diese Bewegungsenergie würde anderenfalls belastend/schädigend auf die beteiligten Komponenten wirken.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Zwischenelement vorgesehen, dass mit dem Antriebselement antriebswirksam in Verbindung steht und das relativ zu dem Ausgangselement bewegbar ist. Die Energiespeichervorrich tung ist derart ausgebildet, dass eine mit einer Relativbewegung des Zwischenelements und des Ausgangselements in Zusammenhang stehende Bewegungsenergie aufnehmbar ist. Eine Antriebsbewegung, die dem Antriebselement der Wandlereinrichtung eingangsseitig zugeführt wird, dient somit zunächst zur Bewegung/Verschiebung des Zwischenelements. Dieses ist nicht fest mit dem Ausgangselement verbunden, sondern kann in Bezug zu diesem unterschiedliche Positionen einnehmen, um die – beispielsweise von einem Aktuatormotor bereitgestellte – Antriebsbewegung zumindest teilweise und zumindest für eine gewisse Zeit aufzunehmen, bevor sie an das Ausgangselement der Wandlereinrichtung abgegeben wird. Der Energiespeichervorrichtung kommt somit die Aufgabe zu, die Relativbewegung in einer anderen Energieform zu speichern.
Grundsätzlich kann die Relativbewegung des Zwischenelements und des Ausgangselements eine relative Verdrehung sein, wobei die Energiespeicherung durch eine entsprechende Feder, etwa eine Spiralfeder, erfolgt. Bevorzugt sind das Zwischenelement und das Ausgangselement jedoch in einer Richtung parallel zu der Translationsbewegung, insbesondere koaxial relativ zueinander bewegbar.
Eine konstruktiv einfache Ausführungsform der Wandlereinrichtung sieht vor, dass das Antriebselement eine Gewindespindel ist und das Zwischenelement eine entsprechende Gewindemutter ist, die zusammen einen Spindelantrieb bilden.
Bevorzugt umfasst die Energiespeichervorrichtung ein elastisches Element, wie etwa eine Schraubenfeder, das insbesondere derart angeordnet ist, dass sich seine Längsachserstreckung koaxial zu dem Antriebselement erstreckt. Die elastischen Eigenschaften des genannten Elements können an die jeweils vorliegende Situation angepasst werden, um entsprechende Pufferungseffekte/-kennkurven zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Aktuator mit einem Motor und einer Wandlereinrichtung gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Antriebselement der Wandlereinrichtung antriebswirksam, insbesondere direkt mit einer Antriebswelle des Motors verbunden ist.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Aktuators mit der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung,
2 eine Schnittansicht eines Aktuators mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung.
1 zeigt einen Aktuator 10, der einen Motor 12 und eine Wandlereinrichtung 14 umfasst. Eine Motorwelle 16 des Motors 12 ist drehfest mit einer Spindel 18 der Wandlereinrichtung 14 verbunden. Die Spindel 18 ist an ihren Enden durch ein Kugellager 20 bzw. ein Nadellager 20' gelagert. Die Spindel 18 weist ein Außengewinde 22 auf, das mit einem Innengewinde einer Gewindemutter 24 in Verbindung steht.
Bei einer Rotation der Motorwelle 16 wird die Spindel 18 in Rotation versetzt, wodurch eine Translationsbewegung der Gewindemutter 24 erzeugt wird (Spindeltrieb). Die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 wird über eine Schraubenfeder 26 an eine Führungshülse 28 übertragen. Die Führungshülse 28 ist relativ zu der Spindel 18 axial verfahrbar. Zwischen der Führungshülse 28 und der Spindel 18 ist zu diesem Zweck ein Gleitlager 30 vorgesehen.
Die Führungshülse 28 kann mit verschiedenen Komponenten verbunden werden, die zur Aktuierung von Funktionseinheiten eines Fahrzeugs dienen. Die Führungshülse 28 des Aktuators 10 ist mit einer Schaltgabel 32 verbunden, die beispielsweise einem Schaltgetriebe zugeordnet ist. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann die Führungshülse 28 beispielsweise auch mit einem Aktuierungselement verbunden sein, mit dem eine Parksperre aktuiert werden kann.
Wie vorstehend bereits beschrieben, wird eine Rotationsbewegung der Motorwelle 16 bzw. der damit verbundenen Spindel 18 in eine Translationsbewegung der Gewindemutter 24 umgesetzt. Falls die Schaltgabel 32 in einer bestimmten Situation nicht verfahren werden kann/blockiert ist – weil beispielsweise gerade kein neuer Gang eingelegt werden kann – kann auch die Führungshülse 28 nicht auf der Spindel 18 nach rechts verschoben werden. Die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 führt dann dazu, dass die Schraubenfeder 26 komprimiert wird und dadurch die Schaltgabel 32 für das Einlegen des neuen Gangs vorspannt. Falls sich die Situation in dem Getriebe ändert und das Einlegen des gewünschten neuen Gangs möglich wird, führt die aufgebaute Vorspannung dazu, dass die Schaltbewegung nun zuverlässig durchgeführt wird.
Mit anderen Worten wird die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 durch die Schraubenfeder 26 „zwischengespeichert”, solange eine Bewegung der Führungshülse 28 blockiert ist. Ohne die Zwischenspeicherung würden die beteiligten Komponenten, insbesondere der Motor 12, Gefahr laufen, beschädigt zu werden.
Die vorstehend beschriebene Wandlereinrichtung 14 eignet sich somit insbesondere für Anwendungen, bei denen ein Einrasten in bestimmten Situationen blockiert sein kann. Die „Zwischenspeicherung” der Aktuatorbewegung sorgt aufgrund der aufgebauten Vorspannung für eine Umsetzung der Translationsbewegung bei der nächsten sich bietenden Gelegenheit.
Die beschriebene Wandlereinrichtung 14 kann beispielsweise bei Aktuatoren zur Aktuierung von Klauenkupplungen, Lamellenkupplungen und Parksperr-Systemen zum Einsatz gelangen.
Anhand von 1 wurde eine „drückende” Variante der Wandlereinrichtung 14 beschrieben, d. h. durch den Spindeltrieb (Spindel 18, Gewindemutter 24) wird die Führungshülse 28 bei einer Aktuierung der zugehörigen Funktionseinheit von dem Motor 12 weggedrückt.
2 zeigt einen Aktuator 10' mit einer „ziehenden” Variante der Wandlereinrichtung 14. Bei einer Aktuierung wird die Gewindemutter 24 ausgehend von einer Neutrallage zu dem Motor 12 hin verfahren, wodurch die Schraubenfeder 26 gegen die Führungshülse 28 gedrückt wird. Eine Aktuierung erfolgt somit durch eine Zugbewegung der Führungshülse 28 in Richtung zu dem Motor 12. hin Es ist klar ersichtlich, dass die „ziehende” Variante eine analoge Funktionsweise aufweist wie die „drückende” Variante.

10, 10': Aktuator
12: Motor
14: Wandlereinrichtung
16: Motorwelle
18: Spindel
20: Kugellager
20': Nadellager
22: Außengewinde
24: Gewindemutter
26: Schraubenfeder
28: Führungshülse
30: Gleitlager
32: Schaltgabel

Claims

Wandlereinrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements (18) in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements (28), wobei die Wandlereinrichtung eine Energiespeichervorrichtung (26) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung (26) zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.
Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenelement (24) vorgesehen ist, das mit dem Antriebselement (18) antriebswirksam in Verbindung steht und das relativ zu dem Ausgangselement (28) bewegbar ist, wobei die Energiespeichervorrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass eine mit einer Relativbewegung des Zwischenelements (24) und des Ausgangselements (28) in Zusammenhang stehende Bewegungsenergie aufnehmbar ist.
Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (24) und das Ausgangselement (28) in einer Richtung parallel, insbesondere koaxial zu der Translationsbewegung relativ zueinander bewegbar sind.
Wandlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement eine Gewindespindel (18) ist und das Zwischenelement eine entsprechende Gewindemutter (24) ist, die zusammen einen Spindelantrieb bilden.
Wandlereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung ein elastisches Element (26) umfasst.
Wandlereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element eine Schraubenfeder (26) ist, die insbesondere derart angeordnet ist, dass sich ihre Längserstreckung koaxial zu dem Antriebselement (18) erstreckt.
Aktuator mit einem Motor und einer Wandlereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement (18) der Wandlereinrichtung antriebswirksam, insbesondere direkt mit einer Antriebswelle (16) des Motors (12) verbunden ist.