DE102010049618A1

DE102010049618A1 - Spindelaktor

Info

Publication number: DE102010049618A1
Application number: DE102010049618A
Authority: DE
Inventors: Jürgen GERHART; Matthias Gramann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-05-05
Also published as: CN102549306A; WO2011050782A1; CN102549306B; DE112010004249B4; DE112010004249A5

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindelaktor insbesondere zur Beaufschlagung eines Kolbens eines Geberzylinders mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last. Um die von der Gewindespindel auf das axial verlagerte Bauteil aufgebrachte Last bei bekanntem Lastwiderstand ermitteln zu können, wird die Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse entgegen der Wirkung zumindest eines axial wirksamen Energiespeichers axial begrenzt verlagerbar gelagert und ein Axialweg der Gewindespindel mittels der Sensoreinrichtung erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelaktor insbesondere zur Beaufschlagung eines Kolbens eines Geberzylinders mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last.
Gattungsgemäße Spindelaktoren werden als Antriebe mit einem Getriebe verwendet, wobei die Gewindespindel, beispielsweise eine Kugelgewindespindel, mittels eines Drehantriebs durch einen Elektromotor angetrieben und die Spindelmutter ein axial zu verlagerndes Bauteil, beispielsweise den Kolben eines Geberzylinders eines Hydrostataktors zur Betätigung einer Reibungskupplung oder einer Bremse in einem Kraftfahrzeug, axial verlagert. Um die Last der Spindelmutter auf das axial verlagerte Bauteil ermitteln zu können ist eine entsprechend aufwendige Sensoreinrichtung nötig. Beispielsweise kann in einen Geberzylinder ein Drucksensor eingebracht werden, der den Druck in der Druckkammer des Geberzylinders abhängig von der axialen Bewegung des als axial verlagertes Bauteil ausgebildeten Kolbens erfasst.
Aufgabe der Erfindung ist, gattungsgemäße Spindelaktoren derart weiterzubilden, dass die Last mittels einer Sensoreinrichtung mit einfachen und insbesondere von der Art der Ausgestaltung des axial verlagerbaren Bauteils unabhängigen Sensoren erfasst werden kann.
Die Aufgabe wird durch einen Spindelaktor mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last gelöst, wobei die Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse entgegen der Wirkung zumindest eines axial wirksamen Energiespeichers axial begrenzt verlagerbar gelagert ist und ein Axialweg der Gewindespindel mittels der Sensoreinrichtung erfasst wird.
Im Sinne der Erfindung kann eine einfache Wegsensorik bei entsprechender, beispielsweise empirisch ermittelter Kenntnis des Verhaltens des axial verlagerbaren Bauteils zur Ermittlung der an der Spindelmutter anliegenden Last ermittelt werden. Dabei kann eine relative Ermittlung der Last ausreichend sein, um beispielsweise eine Überlastung des Elektromotors, ein Anfahren eines Hindernisses, beispielsweise einen Anschlag der Spindelmutter und/oder des axial verlagerten Bauteils zu erkennen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Weiterhin können Steuerungsvorgänge des Elektromotors abhängig vom ermittelten Axialweg und der daraus abgeleiteten Lastgrößen der Spindelmutter und/oder des axial verlagerten Bauteils vorgesehen werden. Im Weiteren ist die Ermittlung des Axialweges der Gewindespindel unabhängig von der Art des nachgeschalteten axial verlagerbaren Bauteils, so dass ein universell ausgebildeter Spindeltrieb für viele Anwendungen vorgesehen werden kann.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken ist der Axialweg der Gewindespindel begrenzt. Der Axialweg ist dabei bevorzugt auf einen bestimmten Anteil des Axialwegs der Spindelmutter begrenzt, so dass keine negativen Einflüsse der axialen Verlagerung der Gewindespindel auf die axiale Verlagerung des Bauteils zu erwarten sind. Dementsprechend ist der Axialweg der Gewindespindel lediglich ein Bruchteil des Axialwegs wie Hub der Spindelmutter. Hierzu wird der Axialweg der Gewindespindel durch Anschläge begrenzt, entlang des Axialwegs der Gewindespindel sind axial wirksame, entsprechend steif ausgebildete Energiespeicher vorgesehen. Die Sensoreinrichtung dient dabei insbesondere der Erkennung von Lastsituationen im Bereich von Anschlägen der Spindelmutter beziehungsweise des nachgeschalteten axial verlagerbaren Bauteils. Handelt es sich beispielsweise um einen Geberzylinder, so kann der Weg des Kolbens durch einen Anschlag in einer Ruhestellung und einen Anschlag bei vollständig belasteter Druckkammer gebildet werden. Entsprechend dem erfinderischen Gedanken kann eine Erkennung eines Lastzustands bei Erreichen eines oder beider Anschläge jeweils zur Begrenzung der Leistung des Elektromotors dienen. Dabei kann die aus dem erfassten Axialweg ermittelte Last oder der erfasste Axialweg selbst als Steuer- oder Regelgröße dienen. Im Weiteren kann die Dynamik des Spindelaktors abhängig von der ermittelten Last oder des erfassten Axialwegs, beispielsweise die Geschwindigkeit der axialen Bewegung der Spindelmutter durch entsprechendes Steuern des Elektromotors bereits bei einer Annäherung an einen Anschlag eingestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel eines Kupplungsaktors kann dabei die Last des Spindelaktors begrenzt werden, wenn beispielsweise eine zugedrückte Reibungskupplung völlig geschlossen ist und/oder wenn die Reibungskupplung vollständig geöffnet ist und der Kolben vollständig entlastet ist. Hierzu können zwei axial elastische Anschläge der Gewindespindel vorgesehen sein, wobei die Gewindespindel bei einem Anschlag der Spindelmutter oder des axial verlagerbaren Bauteils unter Vorspannung eines axial wirksamen Energiespeichers verlagert wird und an einem Wegsensor der Sensoreinrichtung ein Wegsignal erzeugt, bis die Gewindespindel selbst gegen den Anschlag am Gehäuse fährt. In entgegengesetzte Richtung kann die Gewindespindel in derselben Weise gegen einen Gehäuseanschlag fahren, wenn der durch die Spindelmutter oder das axiale Bauteil an der anderen Seite des Spindelhubs angeordnete Anschlag erreicht ist. Die Gewindespindel wird dabei zwischen den Anschlägen der Spindelmutter in einer neutralen, von den axial wirksamen Energiespeichern eingestellten Position gehalten.
Die axial wirksamen Energiespeicher können Tellerfedern, Membranfedern, Schraubendruckfedern oder paketförmige Schichtungen dieser sein. Auch andere Energiespeicher, wie elastisch deformierbare Kunststoffringe sind verwendbar. Die Steifigkeit dieser richtet sich nach den an der Spindelmutter auftretenden Lasten und den Eigenfrequenzen des Spindelaktors und insbesondere der Rotor-/Spindeleinheit gegenüber dem Gehäuse. Dabei wird eine Steifigkeit der Energiespeicher gewählt die nicht zu einer Anregung von Eigenfrequenzen führt. Der Energiespeicher kann auch aus der Steifigkeit des Aktorgehäuses selbst kommen
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Gewindespindel mittels eines Wälzlagers axial verlagerbar am Gehäuse gelagert, wobei ein Innenring des Wälzlagers fest an der Gewindespindel beispielsweise mittels eines Presssitzes oder dergleichen aufgenommen ist und ein Außenring des Wälzlagers zumindest in eine axiale Richtung entgegen der Wirkung des zumindest einen axial wirksamen Energiespeichers begrenzt verlagerbar ist. Dabei kann der der Außenring zwischen zwei jeweils von zwischen zwei Axialanschlägen verlagerbaren, von jeweils einem axial wirksamen Energiespeicher in Richtung des Außenrings beaufschlagten Begrenzungselementen verlagerbar ist. Dabei können die Steifigkeiten der Energiespeicher variieren, um ein an die Anschläge angepasstes Verlagern der Gewindespindel zu erzielen.
Alternativ kann der Außenring in eine Richtung axial entgegen der Wirkung eines axial wirksamen, sich gegen das Gehäuse abstützenden Energiespeichers und in entgegen gesetzte Richtung gegenüber einem begrenzt zwischen zwei axialen Anschlägen des Gehäuses axial begrenzt verlagerbaren, mittels eines axial wirksamen Energiespeichers am Gehäuse abgestützten Begrenzungselements verlagerbar sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die Kennlinien der beiden axial, jeweils für einen Anschlag wirksamen Energiespeicher voneinander abgekoppelt werden.
Bei lediglich einseitiger Verlagerung zur Erfassung nur eines Anschlages kann das Gehäuse für den Außenring in eine Richtung einen Anschlag bilden und der Außenring in entgegen gesetzte Richtung gegenüber einem begrenzt zwischen zwei axialen Anschlägen des Gehäuses axial begrenzt verlagerbaren, mittels eines axial wirksamen Energiespeichers am Gehäuse abgestützten Begrenzungselements verlagerbar sein.
Die Sensoreinrichtung kann einen den Axialweg der Gewindespindel analog erfassenden Sensor mit einem an der Gewindespindel und einem an dem Gehäuse fest angeordneten Sensorteil aufweisen. Beispielsweise kann ein derartiger Sensor wie Wegsensor durch ein Potentiometer gebildet sein, wobei in bevorzugter Weise ein elektrischer Widerstand gehäusefest angeordnet ist und ein auf diesem schleifender Kontakt an der Gewindespindel angeordnet ist. Dabei entwickelt sich je nach Beschaltung mit zunehmendem Axialweg der Gewindespindel beispielsweise linear zu- oder abnehmender Widerstand.
Bei Verwendung eines analogen Magnetfeldsensors mit beispielsweise gehäusefest angeordnetem Sensorelement und an der Gewindespindel angeordnetem Magneten ergeben sich ausgehend von einer neutralen Position zwischen zwei Anschlägen bei einer axialen Verlagerung der Gewindespindel entlang ihres Axialwegs an dem Wegsensor jeweils ein Signalbild in Form von Sinus-Halbwellen in beide Richtungen. Dabei wird die Amplitude der Sinusbeziehungsweise Cosinus-Halbwelle erfasst und ausgewertet. Im Weitern kann die Änderung der Amplitude zur Ermittlung des Axialwegs verwendet werden, indem diese und die Amplitude vor Anwendung einer Arctangens-Funktion beziehungsweise vor einer Verstärkung der erfassten Signale ausgewertet werden.
Alternativ kann die Sensoreinrichtung einen den Axialweg der Gewindespindel digital erfassenden Sensor, beispielsweise mittels eines digitalen Magnetfeldsensors wie switched Hall-Sensors, mit einem an der Gewindespindel und einem an dem Gehäuse fest angeordneten Sensorteil aufweisen. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Änderung des mit diesem erfassten Signals mit der Drehbewegung der Gewindespindel verglichen und die Polung des drehenden Sensormagneten herangezogen wird. Dabei ist der an der Gewindespindel angeordnete Sensorteil wie Sensormagnet bei großem Axialweg zu weit vom gehäusefest angeordneten Sensorteil entfernt und dessen Magnetfeld wird von dem gehäusefesten Sensorteil nicht erfasst und schaltet damit bei einer Änderung der Polung. Kommt der Sensormagnet bei Verringerung des Axialwegs in den Erfassungsbereich des gehäusefest angeordneten Sensorteils, kann dieser einen Wechsel der Polung erfassen und schalten. Dabei kann mit einem digitalen Sensor nur ein Anschlag der Gewindespindel erkannt werden. Zur Erfassung zweier Anschläge sind zwei derartige Sensoren erforderlich. Im Weiteren kann die vom gehäusefest angeordneten Sensorteil erfasste Magnetfeldstärke durch entsprechende Magnetfeldschirme eingestellt werden.
Als weitere Ausführungsbeispiele können kapazitive Sensoren, Schalter mit Schaltstellungen für jeweils einen Anschlag und eine dazwischen liegende Position vorgesehen werden. Alternativ zu körperlich vorgesehenen Schaltern kann die Sensoreinrichtung Betriebsgrößen des Spindelaktors, insbesondere des Elektromotors erfassen und zur Ermittlung des Axialweges der Gewindespindel beziehungsweise der an der Spindelmutter anliegenden Last vorgesehen werden. Beispielsweise kann der über den Elektromotor fließende Strom zur Ermittlung der Last ausgewertet werden. Wird die Spindel gegen einen Anschlag gefahren, steigt der Strom durch die Komprimierung der axial wirksamen Energiespeicher um einen vorgegebenen erfassbaren Betrag. Alternativ kann die Spannung zur Geschwindigkeitsregelung oder ein Pulsweitenverhältnis an den Endstufen zur Steuerung des Elektromotors ausgewertet werden. Wird eine feste Spannung oder ein festes Pulsweitenverhältnis angelegt, kann die Änderung der Drehzahl des Elektromotors zur Erkennung eines Anschlags der Gewindespindel an einem Anschlag ausgewertet werden. Weiterhin kann eine Änderung der Motorkonstante des Elektromotors ausgewertet werden. Hierbei wird die Beobachtung zugrunde gelegt, dass sich bei einer verlagernden Gewindespindel der Rotor zumindest geringfügig aus dem Stator heraus bewegt und damit die Motorkonstante und das daraus resultierende Moment geändert wird. Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung des Axialwegs ergibt sich aus der Auswertung der Induktivität bei sich aus dem Stator heraus bewegendem Rotor. Soll eine Änderung der Motorkonstante bei einer Verlagerung der Gewindespindel nicht erfolgen, kann der Stator axial gegenüber dem Rotor um den vorgegebenen Axialweg der Gewindespindel axial verlängert werden.
Der Spindelaktor nach dem erfinderischen Gedanken eignet sich nicht nur zur Erfassung von Anschlägen der Gewindespindel an deren Anschlägen. Vielmehr kann bei einer Erfassung des Axialweges der Spindelmutter beziehungsweise des von dieser axial verlagerten Bauteils mittels eines nicht absolut messenden Wegsensors, beispielsweise eines Inkrementalwegsensors, durch den Anschlag der Gewindespindel an einem oder zwei Anschlägen eine Referenzposition der Spindelmutter ermittelt werden, an der der Wegsensor der Spindelmutter kalibriert wird. Beispielsweise wird der Anschlag der Gewindespindel an den beiden Anschlägen jeweils einer Extremposition der Spindelmutter zugeordnet, beispielsweise bei einem hydrostatischen Kupplungsaktor den beiden Anschlagspositionen des Geberzylinders bei vollständig geöffneter Reibungskupplung und der Rastposition des Kolbens wie Schnüffelposition des Geberzylinders bei einer aufgedrückten Reibungskupplung beziehungsweise bei vollständig geschlossener Reibungskupplung und der Schnüffelposition bei einer zugedrückten Kupplung. Dabei wird der Inkrementalwegsensor auf eine der beiden Positionen oder eine aus diesen ermittelten dazwischen liegenden Position kalibriert. Auf diese Weise kann aus der Anzahl der Inkremente für den gesamten Hub der Spindelmutter und der Anzahl der gemessenen Inkremente die Position der Spindelmutter bestimmt werden. Der Inkrementalwegsensor kann dabei im oder am Rotor zur Erfassung der Rotordrehwinkel in Form von Winkelinkrementen vorgesehen sein, so dass über die Übersetzung von Gewindespindel und Spindelhülse der Axialweg wie Hub der Spindelmutter ermittelt und zugleich der Elektromotor mittels der erfassten Signale elektronisch kommutiert werden kann.
Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, die axial wirksamen Energiespeicher als Piezo-Elemente auszuführen oder diese mit Piezo-Elementen auszustatten, wodurch eine an dem Lager der Gewindespindel anliegende Last direkt als elektrische Größe erfasst werden kann. Ein axiales Spiel der Lagerung zur Erfassung von Axialwegen der Gewindespindel im Gehäuse kann dabei gegebenenfalls entfallen. Die Aufgabe wird daher auch durch einen Spindelaktor mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last gelöst, wobei axial wirksam zwischen der Gewindespindel und dem Gehäuse zumindest in eine Lastrichtung der Gewindespindel ein Piezo-Element angeordnet ist.
Die Erfindung wird weiterhin durch einen Hydrostataktor mit dem in den Anmeldungsunterlagen beschriebenen Spindelaktor gelöst, wobei dieser einen Geberzylinder mit einem in einem Gehäuse verlagerbaren Kolben aufweist, der von der Spindelmutter des Spindelaktors axial verlagert wird. Dabei baut der Kolben in einer von Gehäuse und Kolben gebildeten Druckkammer Druck auf, die über eine Druckleitung einen Nehmerzylinder betätigt, der eine auf diese Weise hydraulisch betätigte Reibungskupplung, eine hydraulisch betätigte Bremse oder dergleichen axial beaufschlagt.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1A eine schematische Darstellung eines Spindelaktors im Schnitt, gelagert über ein Motorlager 15,
1B eine schematische Darstellung eines Spindelaktors im Schnitt, gelagert über das Motorlager 15 und ein Loslager,
2 ein Diagramm einer Last bei einem einen Geberzylinder betätigenden Spindelaktor,
3 eine gegenüber der 1 abgeänderte Lagerung der Gewindespindel,
4 eine weitere, gegenüber den 1A und 3 geänderte Lagerung der Gewindespindel und
5 eine weitere gegenüber den 1A, 3 und 4 geänderte Lagerung der Gewindespindel.
1A zeigt den Spindelaktor 1, der hier als Hydrostataktor 2 mit einem Geberzylinder 3, der über eine Druckleitung mit einem nicht gezeigten Nehmerzylinder verbunden ist, in schematischer Schnittdarstellung. Der Spindelaktor 1 enthält die Gewindespindel 4, die vom Rotor 5 des mit seinem Stator 6 gehäusefest in dem lediglich ausschnittsweise dargestellten Gehäuse 7 angeordneten Elektromotors 8 angetrieben wird. Vorliegend ist die Gewindespindel 4 zusammen mit einem nachstehend im Einzelnen beschriebenen Motorlager 15 verschiebbar. Auf der Gewindespindel 4 ist relativ verdrehbar die Spindelmutter 9 angeordnet, die drehfest und axial verlagerbar im Gehäuse 7 aufgenommen ist. Die Gewindespindel 4 und die Spindelmutter 9 können als einfacher Spindeltrieb, als Kugelgewindetrieb oder dergleichen ausgebildet sein. Gewindespindel und Spindelmutter können auch als ein Planeten-Wälz-Getriebe ausgebildet sein.
Die Spindelmutter 9 ist axial fest mit dem Kolben 10 des Geberzylinders 3 verbunden und verlagert diesen bei einem Antrieb der Gewindespindel 4 durch den Elektromotor 8 axial. Dabei wird der Kolben 10 in Bezugnahme auf 2, die ein Diagramm der Last L des Spindelaktors über einen Hub h der Spindelmutter darstellt, zwischen einer durchgezogen gezeigten Ruhestellung 12, in der ein Ausgleich mit einem Nachlaufbehälter geschaltet ist, und als gestrichelt dargestellter Kolben 10' in einer die Druckkammer 11 vollständig druckbeaufschlagenden Arbeitsstellung 13 im Arbeitsbereich mit dem Hub h₀ (= normaler Aktorarbeitsbereich) axial verlagert. Die durchgezogene Lastkennlinie 14 im Diagramm der 2 zeigt dabei die über den Hub h der Spindelmutter 9 zunehmende Last L des Spindelaktors 1 mit zunehmender Verdichtung des Druckmittels im Geberzylinder 3 und der Betätigung des Nehmerzylinders, der im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Reibungskupplung schließt. Der normale Aktorarbeitsbereich entspricht dann also dem aktiven Verfahrbereich der Kupplung.
Wie in 1A gezeigt ist die Gewindespindel 4 gegenüber dem Gehäuse 7 axial begrenzt verlagerbar angeordnet. Hierzu ist die Gewindespindel mittels eines Wälzlagers 15, beispielsweise eines Rillenkugellagers, und gegebenenfalls mittels eines weiteren – nicht dargestellten Loslagers – zentriert am Gehäuse 7 verdrehbar aufgenommen, wobei der Innenring 16 des Wälzlagers 15 fest mit der Gewindespindel 4 beispielsweise mittels eines Presssitzes verbunden ist und der Außenring 17 axial begrenzt verlagerbar am Gehäuse 7 aufgenommen und beidseitig von axial wirksamen Energiespeichern 18, 19 (= ”Sensorfedern”) gegenüber dem Gehäuse 7 verspannt ist. Die Lagerung mit einem zusätzlichen Loslager G ist in 1B gezeigt. Das Loslager G kann als Gleitlager ausgebildet sein. Die in dieser Darstellung der Übersicht halber überdimensional dargestellten Axialwege B1, B2 ergeben eine Verlagerung der Gewindespindel 4 entgegen dem Gehäuse 7 dann, wenn die Steifigkeit der Energiespeicher 18, 19 überwunden wird. Die Steifigkeit dieser Energiespeicher ist dabei so ausgelegt, dass eine Verlagerung der Gewindespindel 4 erst dann eintritt, wenn die Spindelmutter 9 auf einen Anschlag trifft oder der Spindelaktor eine vorgegebene Last L überschreitet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden von dem Geberzylinder 3 oder einem im Hydrostataktor 2 oder im Wirkungsbereich bis einschließlich der Reibungskupplung entsprechend vorgesehene Anschläge durch die Ruhestellung 12 und die Arbeitsstellung 13 vorgesehen.
Der Axialweg B1 beschreibt vorliegend also den Randbereich der Bewegung des Aktors am Anschlag 22 bei ”Kupplung offen” und der Axialweg B2 beschreibt den Randbereich am Anschlag 23 bei ”Kupplung geschlossen”.
Aus der 2 geht hieraus eine erhöhte Last L im Rahmen der dargestellten gestrichelten Lastbereiche 20, 21 hervor, die auf der Komprimierung der Energiespeicher 18 beziehungsweise 19 zurückzuführen ist. Hierzu kann eine Sensoreinrichtung vorgeschlagen werden, die ein derartiges Lastverhalten in einer Steuereinheit des Elektromotors 8 beispielsweise durch Auswertung des Betriebsstroms ermittelt, so dass die Anschläge 22, 23 des Außenrings 17 am Gehäuse 7 erkannt werden und gegebenenfalls die Leistung des Elektromotors 8 begrenzt wird. Hierbei kann auf die Lage der Ruhestellung 12 und die Arbeitsstellung 13 rückgeschlossen werden und diese entsprechend ermittelt werden.
Bei einem bevorzugten Steuerverfahren für den vorliegenden Aktor wird der Aktor in den Randbereichen B1 und B2 bei Verlust des Vertrauens in eine Positionsbestimmung nur geschwindigkeits- und kraftbegrenzt verlagert. Jedenfalls im Fehlerfall sollten die Randbereiche nur als ein Ausrollbereich für den Aktor genutzt werden.
Um die Motorkonstante des Elektromotors über den gesamten Verlagerungsbereich der Gewindespindel 4 und damit des Rotors 5 konstant zu halten, kann der Stator 6 axiale Erweiterungen 24 aufweisen. Alternativ oder kummulativ hiermit kann der Rotor 5 axial mit der Gewindespindel 4 drehfest und axial verlagerbar sowie axial fest und verdrehbar am Gehäuse 7 oder Stator 6 angebunden sein oder der komplette Elektromotor 8 gegenüber dem Gehäuse 7 drehfest und axial verlagerbar angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu der Erkennung der Anschläge 22, 23 beziehungsweise der Ruhestellung 12 und der Arbeitsstellung 13 mittels der Entwicklung der Last L (= Aktorlast) über den Hub h (= Aktorposition) durch Auswertung des Verhaltens des Elektromotors 8 ist die Sensoreinrichtung 25 zur Erfassung von Messdaten zur Ermittlung der Axialwege B1, B2 vorgesehen. Hierzu wird ein digitaler oder analoger Sensor 26, beispielsweise ein Potentiometer, ein berührungsloser Sensor wie Magnetfeldsensor, switched Hall-Sensor oder dergleichen mit einem gehäusefest montierten Sensorteil 27 und einem an der Gewindespindel angeordneten Sensorteil 28 vorgesehen, der den axialen Abstand zwischen den beiden Sensorteilen 27, 28 und damit zumindest einen der beiden Axialwege B1, B2 ermittelt, so dass in einer Steuereinheit des Elektromotors 8 auf die Lage des Kolbens 10 insbesondere an den Extrempositionen der Ruhestellung 12 und der Arbeitsstellung 13 geschlossen werden kann. Vorzugsweise sind Teil 28 als Magnet und Teil 27 als Magnetsensor ausgebildet.
Bevorzugterweise wird der vorliegende hydrostatische Aktor selbsthemmend ausgebildet.
Außerdem wird im Resetfall vorteilhafterweise auf disable geschaltet, so dass es kein aktives Selbstöffnen durch Vollbestromung Richtung Kupplung öffnen für bestimmte Zeit geben kann. Vielmehr wird beim vorliegenden Aktor(positions-)geregelt die Kupplung geöffnet.
Hierbei ist die Gegenkraft des Aktors dann stetig steigend.
Außerdem ist die Gegenkraft in der Nähe der Schnüffelbohrung gering.
Weiterhin ist die Gegenkraft in der Nähe des Anschlages bei Kupplung geschlossen sehr groß.
Vorteilhafterweise wird beim vorliegenden Aktor das Überfahren der Schnüffelbohrung in Richtung ”Kupplung schließen” geschwindigkeitsbegrenzt durchgeführt.
Zudem kann ein eventueller Sensor zur Erkennung des Randbereiches bei Kupplung offen sehr kostengünstig integriert werden, wobei dieser Sensor gleichzeitig als Referenzmarke verwendet werden kann.
3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schnitts durch eine gegenüber der 1 geänderten Lagerung der Gewindespindel 4 im Gehäuse 7. Der Außenring 17 des Wälzlagers 15 ist hierbei gegenüber dem Gehäuse 7 entgegen der Wirkung der Energiespeicher 18, 19 verspannt, die voneinander bezüglich ihrer Kennlinien entkoppelt sind. Hierzu wird der Weg der Energiespeicher 18, 19 mittels der Begrenzungselemente 29, 30 begrenzt, so dass über die Axialwege B1, B2 jeweils ausschließlich der oder die zwischen dem jeweiligen Begrenzungselement 29, 30 und dem Gehäuse verspannten Energiespeicher 18 beziehungsweise 19 wirksam sind. Hierzu sind die Begrenzungselemente 29, 30 zwischen den gehäuseseitigen Anschlägen 22, 22a beziehungsweise 23, 23a verlagerbar, wobei in der gezeigten Neutralstellung der Gewindespindel 4 beide Energiespeicher durch den Anschlag 22a, 23a abgeschaltet und bei Verlagerung der Gewindespindel 4 wirksam werden.
4 zeigt eine Variante gegenüber der Lagerung der Gewindespindel 4 der 3 mit einem mittels des Begrenzungselements 30 über den Axialweg der Gewindespindel 4 begrenzt wirksamen Energiespeicher 19 und einem seine Wirkung über den gesamten Axialweg der Spindel entfaltenden Energiespeicher 18, der sich direkt zwischen dem Gehäuse 7 und dem Außenring 17 abstützt.
5 zeigt in Abänderung zu den Lagerungen der Gewindespindel 4 am Gehäuse 7 einen direkt an dem Gehäuse 7 abgestützten Außenring 17, der entgegen der Wirkung des mittels des Begrenzungselements 30 abschaltbaren Energiespeichers 19 gegenüber dem Gehäuse 7 axial lediglich in eine Richtung axial verlagerbar ist. Zur Vermeidung einer andauernden Vorspannung des Außenrings 17 gegenüber dem Gehäuse 7 wird dieser am Anschlag 23a in Neutralstellung der Gewindespindel 4 abgeschaltet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in den vorgehenden Figuren dargestellten axial wirksamen Energiespeicher 18 und 19 je nach Anforderungen der in die entsprechende Richtung verlagerten Gewindespindel 4 gleiche oder von einander verschiedene Kennlinien aufweisen können und aus Tellerfedern, Membranfedern, über den Umfang verteilten Schraubendruckfedern oder dergleichen gebildet sind.
Bezugszeichenliste

1: Spindelaktor
2: Hydrostataktor
3: Geberzylinder
4: Gewindespindel
5: Rotor
6: Stator
7: Gehäuse
8: Elektromotor
9: Spindelmutter
10: Kolben
10': Kolben in Druckposition
11: Druckkammer
12: Ruhestellung
13: Arbeitsstellung
14: Lastkennlinie
15: Wälzlager
16: Innenring
17: Außenring
18: Energiespeicher
19: Energiespeicher
20: Lastbereich
21: Lastbereich
22: Anschlag
22a: Anschlag
23: Anschlag
23a: Anschlag
24: Erweiterung
25: Sensoreinrichtung
26: Sensor
27: Sensorteil
28: Sensorteil
29: Begrenzungselement
30: Begrenzungselement
B1: Axialweg
B2: Axialweg
L: Last
h: Hub
h0: Hub Arbeitsbereich

Claims

Spindelaktor (1) mit einem Gehäuse (7), einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel (4), einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse (7) drehfest angeordneten Spindelmutter (9) sowie einem in dem Gehäuse (7) aufgenommenen und die Gewindespindel (4) antreibenden Elektromotor (8) mit einem Stator (6) und einem mit der Gewindespindel (4) fest verbundenen Rotor (5) sowie einer Sensoreinrichtung (25) zur Erfassung einer von der Spindelmutter (9) auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (4) gegenüber dem Gehäuse (7) entgegen der Wirkung zumindest eines axial wirksamen Energiespeichers (18, 19) axial begrenzt verlagerbar gelagert ist und ein Axialweg (B1, B2) der Gewindespindel (4) mittels der Sensoreinrichtung (25) erfasst wird.
Spindelaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialweg (B1, B2) der Spindelmutter (9) und/oder der Gewindespindel (4) begrenzt ist.
Spindelaktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung des Elektromotors (8) bei durch die Sensoreinrichtung (25) ermitteltem Erreichen eines Anschlags (22, 23) begrenzt wird.
Spindelaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (4) mittels eines Wälzlagers (15) axial verlagerbar am Gehäuse (7) gelagert ist, wobei ein Innenring (16) des Wälzlagers (15) fest an der Gewindespindel (4) aufgenommen ist und ein Außenring (17) des Wälzlagers (15) zumindest in eine axiale Richtung entgegen der Wirkung des zumindest einen axial wirksamen Energiespeichers (18, 19) begrenzt verlagerbar ist.
Spindelaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (17) zwischen zwei jeweils von zwischen zwei axialen Anschlägen (22, 22a, 23, 23a) verlagerbaren, von jeweils einem axial wirksamen Energiespeicher (18, 19) in Richtung des Außenrings (17) beaufschlagten Begrenzungselementen (29, 30) verlagerbar ist.
Spindelaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (17) in eine Richtung axial entgegen der Wirkung eines axial wirksamen, sich gegen das Gehäuse (7) abstützenden Energiespeichers (18) und in entgegen gesetzte Richtung gegenüber einem begrenzt zwischen zwei axialen Anschlägen (23, 23a) des Gehäuses (7) axial begrenzt verlagerbaren, mittels eines axial wirksamen Energiespeichers (19) am Gehäuse (7) abgestützten Begrenzungselements (30) verlagerbar ist.
Spindelaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) für den Außenring (17) in eine Richtung einen Anschlag bildet und der Außenring (17) in entgegen gesetzte Richtung gegenüber einem begrenzt zwischen zwei axialen Anschlägen (23, 23a) des Gehäuses (7) axial begrenzt verlagerbaren, mittels eines axial wirksamen Energiespeichers (19) am Gehäuse (7) abgestützten Begrenzungselements (30) verlagerbar ist.
Spindelaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (25) einen den Axialweg (B1, B2) der Gewindespindel (4) analog erfassenden Sensor (26) mit einem an der Gewindespindel (4) und einem an dem Gehäuse (7) fest angeordneten Sensorteil (27, 28) aufweist, oder dass die Sensoreinrichtung (25) einen den Axialweg (B1, B2) der Gewindespindel (4) digital erfassenden Sensor (26) mit einem an der Gewindespindel (4) und einem an dem Gehäuse (7) fest angeordneten Sensorteil (27, 28) aufweist.
Hydrostataktor (2) mit einem Spindelaktor (1) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 und einem einen Nehmerzylinder mit Druck beaufschlagenden Geberzylinder (3), dessen Kolben (10) von der Spindelmutter (9) des Spindelaktors (1) axial verlagert wird.
Spindelaktor mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer auf dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last, dadurch gekennzeichnet, dass axial wirksam zwischen der Gewindespindel und dem Gehäuse zumindest in eine Lastrichtung der Gewindespindel ein Piezo-Element angeordnet ist.