DE102013006168A1

DE102013006168A1 - Linear actuator and engine gear assembly with such

Info

Publication number: DE102013006168A1
Application number: DE102013006168.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Zeise; Andreas Lenz; Georg-Friedrich Lührs; Dennis Sörensen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearstellantrieb, umfassend – ein rotierbares Treibrad (18) mit einer Innenstirnverzahnung (22) – ein radial innerhalb des Treibrades (18) angeordnetes, axial bewegbares Stellelement (24), dessen äußere Oberfläche eine wenigstens bereichsweise ausgebildete Stellelementgewindestruktur (26) aufweist, und – einen radial zwischen dem Stellelement (24) und dem Treibrad (18) gelagerten Satz rotierbarer Planetenrollen (14), die jeweils eine funktionale Außenstirnverzahnung, welche mit der Innenstirnverzahnung (22) des Treibrades (18) kämmt, und ein funktionales Planetenrollengewinde, welches an der korrespondierenden Stellelementgewindestruktur (26) abwälzt, aufweisen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Planetenrollen (14) auf ihrer Planetenrollen-Oberfläche mit einer Vielzahl einzelner Zähne (143) versehen sind und die Zähne (143) in ihrer Gesamtheit spiralig mit einer Mehrzahl von Windungen um die Planetenrollen-Rotationsachse (144) und gruppenweise in axial ausgerichteten und gleichmäßig über den Planetenrollen-Umfang verteilten Reihen auf der Planetenrollen-Oberfläche angeordnet sind.The invention relates to a linear actuator, comprising - a rotatable driving wheel (18) with internal spur toothing (22) - an axially movable adjusting element (24) arranged radially inside the driving wheel (18), the outer surface of which has an adjusting element thread structure (26) formed at least in some areas ), and - a radially between the actuating element (24) and the drive wheel (18) mounted set of rotatable planet rollers (14), each having a functional external spur gear meshing with the internal spur toothing (22) of the driving wheel (18), and a functional one Planetary roller thread, which rolls on the corresponding adjusting element thread structure (26). The invention is characterized in that the planet rollers (14) are provided with a large number of individual teeth (143) on their planet roller surface and the teeth (143) in their entirety spirally with a plurality of turns around the planet roller axis of rotation (144 ) and arranged in groups in axially aligned rows evenly distributed over the circumference of the planetary rollers on the surface of the planetary rollers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearstellantrieb, umfassend

– ein rotierbares Treibrad mit einer Innenstirnverzahnung
– ein radial innerhalb des Treibrades angeordnetes, axial bewegbares Stellelement, dessen äußere Oberfläche eine wenigstens bereichsweise ausgebildete Stellelementgewindestruktur aufweist, und
– einen radial zwischen dem Stellelement und dem Treibrad gelagerten Satz rotierbarer Planetenrollen, die jeweils eine funktionale Außenstirnverzahnung, welche mit der Innenstirnverzahnung des Treibrades kämmt, und ein funktionales Planetenrollengewinde, welches an der korrespondierenden Stellelementgewindestruktur abwälzt, aufweisen.

The invention relates to a linear actuator comprising

- A rotatable drive wheel with an inner end toothing
- An axially disposed within the drive wheel, axially movable actuator whose outer surface has an at least partially formed Stellelementgewindestruktur, and
- A radially mounted between the actuator and the drive wheel set of rotatable planetary rollers, each having a functional outer end toothing, which meshes with the inner end toothing of the drive wheel, and a functional planetary roller screw, which rolls on the corresponding Stellelementgewindestruktur.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Motor-Getriebeanordnung, in der ein solcher Linearstellantrieb Anwendung findet.The invention further relates to a motor-gear arrangement in which such a linear actuator is used.

Aus der DE 196 37 526 A1 ist ein Linearstellantrieb in Form eines Rollengewindetriebs bekannt. Das hier als Treibrad bezeichnete Bauteil ist bei der bekannten Vorrichtung als rotierbare Hülse ausgestaltet, die in ihrem axialen Zentralbereich eine Innengewindestruktur und in ihren axialen Außenbereichen eine Innenstirnverzahnung aufweist. Konzentrisch innerhalb der Hülse ist ein als Gewindespindel ausgestaltetes Stellelement angeordnet, dessen Durchmesser so gewählt ist, dass seine Oberfläche an keiner Stelle die innere Oberfläche der Hülse kontaktiert. In dem radialen Zwischenraum zwischen Stellelement und Treibrad, d. h. bei der bekannten Ausführungsform zwischen Spindel und Gewindehülse sind eine Mehrzahl von rotierbar gelagerten Planetenrollen angeordnet. Diese weisen in ihrem axialen Zentralbereich eine Gewindestruktur auf, die einerseits an dem Außengewinde der Spindel und andererseits an dem Innengewinde der Hülse abwälzt. In ihrem axialen Außenbereich weisen die Planetenrollen Außenstirnverzahnungen auf, die mit den Innenstirnverzahnungen der Gewindehülse kämmen. Dies ist der übliche Aufbau eines Planeten-Rollengewindetriebs, wobei eine Rotation der Hülse zu einer axialen Verstellung der Spindel führt. Dabei sind die Rotationsbewegung der Spindel und der Planetenrollen aufgrund des Stirnverzahnungseingriffs der Stirnverzahnungsabschnitte von Hülse und Planetenrollen miteinander synchronisiert, sodass sich keine Axialbewegung der Planetenrollen ergibt. Derartige Rollengewindetriebe finden zum einen Anwendung als Präzisionsantriebe und zum anderen in Fällen, in denen vergleichsweise kleine Stellwege mit hoher Stellkraft überwunden werden müssen, beispielsweise als Bremssteller für Flugzeuge oder Schienenfahrzeuge. Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen ist ihr erheblicher axialer Bauraum.From the DE 196 37 526 A1 a linear actuator in the form of a roller screw is known. The component referred to here as a drive wheel is configured as a rotatable sleeve in the known device, which has an internal thread structure in its axial central region and an internal end toothing in its axial outer regions. Concentric within the sleeve arranged as a threaded spindle actuator is arranged, whose diameter is chosen so that its surface at no point contacted the inner surface of the sleeve. In the radial gap between actuator and drive wheel, ie in the known embodiment between the spindle and threaded sleeve a plurality of rotatably mounted planetary rollers are arranged. These have in their axial central region on a threaded structure, which rolls on the one hand on the external thread of the spindle and on the other hand on the internal thread of the sleeve. In its axial outer region, the planetary rollers on outer end gears, which mesh with the inner end gears of the threaded sleeve. This is the usual construction of a planetary roller screw, wherein a rotation of the sleeve leads to an axial adjustment of the spindle. The rotational movement of the spindle and the planetary rollers are synchronized with each other due to the spur gear engagement of the spur gear portions of sleeve and planetary rollers, so that there is no axial movement of the planetary rollers. Such roller screws find application as precision drives and on the other hand in cases where comparatively small travel with high force must be overcome, for example, as a brake disc for aircraft or rail vehicles. A disadvantage of the known devices is their considerable axial space.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearstellantrieb mit reduziertem axialen Bauraum zur Verfügung zu stellen.It is the object of the present invention to provide a linear actuator with reduced axial space available.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Planetenrollen auf ihrer Planetenrollen-Oberfläche mit einer Vielzahl einzelner Zähne versehen sind und die Zähne in ihrer Gesamtheit spiralig mit einer Mehrzahl von Windungen um die Planetenrollen-Rotationsachse und gruppenweise in axial ausgerichteten und gleichmäßig über den Planetenrollen-Umfang verteilten Reihen auf der Planetenrollen-Oberfläche angeordnet sind.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the planetary rollers are provided on its planetary roller surface with a plurality of individual teeth and the teeth in their entirety spirally with a plurality of turns about the planetary roller rotation axis and groups are arranged in axially aligned and evenly distributed over the planetary roller circumference rows on the planetary roller surface.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der zentrale Gedanke der Erfindung ist die spezielle Ausgestaltung der Planetenrollen, deren besondere Zahnanordnung zu einer Überlagerung einer Gewindestruktur einerseits und einer Außenstirnverzahnung andererseits führt, sodass jede Planetenrolle auf einem gemeinsamen axialen Abschnitt sowohl ein funktionales Stirnrad als auch ein funktionales Gewinde darstellt. Dabei wechselwirkt jede Planetenrolle als funktionales Stirnrad lediglich mit der Innenverzahnung des Treibrades und als funktionales Gewinde lediglich mit der Stellelementgewindestruktur auf der äußeren Oberfläche des Stellelementes. Anders als beim Stand der Technik wirkt das Treibrad der Erfindung über die Stirnverzahnung ausschließlich als Antrieb für die Rotationsbewegung der Planetenrollen. Eine Gewinde-Wechselwirkung zwischen Treibrad und Planetenrollen, wie beim Stand der Technik ist im Rahmen der Erfindung nicht vorgesehen. Eine solche Gewinde-Wechselwirkung findet ausschließlich zwischen den Planetenrollen und dem Stellelement statt. Sie dient der Umlenkung der Rotationsbewegung von Treibrad und Planetenrollen in eine axiale Linearbewegung des Stellelementes.The central idea of the invention is the special design of the planetary rollers whose special tooth arrangement leads to a superimposition of a thread structure on the one hand and an outer end toothing on the other hand, so that each planetary roller on a common axial section is both a functional spur gear and a functional thread. Each planetary roller interacts as a functional spur gear only with the internal toothing of the drive wheel and as a functional thread only with the Stellelementgewindestruktur on the outer surface of the actuating element. Unlike the prior art, the drive wheel of the invention via the spur gear only acts as a drive for the rotational movement of the planetary rollers. A thread interaction between the drive wheel and planetary rollers, as in the prior art is not provided in the context of the invention. Such a threaded interaction takes place exclusively between the planetary rollers and the actuator. It serves to deflect the rotational movement of the drive wheel and planetary rollers in an axial linear movement of the actuating element.

Grundsätzlich ist denkbar, dass die Stellelementgewindestruktur als ein die äußere Oberfläche des gesamten Stellelementes umlaufendes Gewinde ausgestaltet ist. Dies würde jedoch die Gefahr einer rotatorischen Bewegung auch des Stellelementes bergen. Für die Präzision des erfindungsgemäßen Stellantriebs ist es hingegen erforderlich, dass die Rotationsbewegung von Treibrad und Planetenrollen vollständig in eine Linearbewegung des Stellelementes umgesetzt wird. Daher ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Stellelementgewindestruktur als eine der Anzahl von Planetenrollen entsprechende Mehrzahl von über den Umfang des Stellelementes verteilten, axial ausgerichteten und mit der von den Zähnen gebildeten Spirale korrespondierenden Verzahnungsabschnitten ausgebildet ist. Diese Abschnitte können im Gegensatz zu einem das Stelleelement vollständig umlaufenden Gewinde konkav ausgebildet sein, sodass zum einen eine größere Kontaktfläche zwischen den Planetenrollen und der Stellelementgewindestruktur erzeugt und zum anderen eine Fixierung des Stellelementes in Umfangsrichtung realisiert wird.In principle, it is conceivable that the actuating element thread structure is configured as a thread running around the outer surface of the entire adjusting element. However, this would involve the risk of a rotational movement of the actuating element. For the precision of the actuator according to the invention, however, it is necessary that the rotational movement of the drive wheel and planetary rollers is fully implemented in a linear movement of the control element. Therefore, in a preferred development of the invention, it is provided that the actuating element thread structure is distributed as a plurality of planetary rollers corresponding to the number of planetary rollers distributed over the circumference of the actuating element, formed axially aligned and with the spiral formed by the teeth corresponding toothing sections. These sections may be concave in contrast to a fully encircling the actuator element, so that on the one hand generates a larger contact surface between the planetary rollers and the Stellelementgewindestruktur and on the other a fixation of the control element is realized in the circumferential direction.

Bevorzugt sind die Planetenrollen in einem Gehäuse gelagert, relativ zu welchem das Treibrad rotatorisch und das Stellelement axial bewegbar ist. Eine solche Lagerung, die selbst keine Kräfte aufzunehmen hat, dient der Fixierung der Planetenrollen an vorbestimmten über den Umfang der Gesamtvorrichtung verteilten Positionen.Preferably, the planetary rollers are mounted in a housing relative to which the driving wheel is rotational and the adjusting element is axially movable. Such a bearing, which itself has no forces, serves to fix the planetary rollers at predetermined over the circumference of the overall device distributed positions.

Eine häufige Anwendung erfindungsgemäßer Linearstellantriebe wird die axiale Verstellung eines rotierenden Elementes sein. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass eine Schiebemuffe radial innerhalb des Stellelementes und mit diesem axialkraftübertragend und drehentkoppelt angeordnet ist. Dies kann beispielsweise durch eine Nut/Steg-Kopplung eines ringförmigen Stellelementes mit der Schiebemuffe realisiert werden. Auch eine Wälzlagerung ist denkbar. Die Schiebemuffe kann temporär oder dauerhaft drehfest mit dem zu verstellenden, rotierenden Element gekoppelt sein. Durch die Drehentkopplung von dem Stellelement werden dennoch lediglich Axialkräfte übertragen.A frequent application of linear actuators according to the invention will be the axial adjustment of a rotating element. In a further development of the invention it is therefore provided that a sliding sleeve is arranged radially within the control element and with this axialkraftübertragend and dreenktkoppelt. This can be realized for example by a groove / web coupling of an annular control element with the sliding sleeve. A rolling bearing is conceivable. The sliding sleeve may be temporarily or permanently rotatably coupled to the rotating element to be adjusted. Due to the rotational decoupling of the actuator nevertheless only axial forces are transmitted.

Günstigerweise ist das Treibrad frei auf den Planetenrollen gelagert. Das bedeutet, dass es nicht erforderlich ist, das Treibrad separat am Gehäuse zu lagern. Es wird vielmehr allein an den Wechselwirkungspunkten seiner Innenstirnverzahnung mit der funktionalen Außenstirnverzahnung der Planetenrollen getragen.Conveniently, the drive wheel is mounted freely on the planetary rollers. This means that it is not necessary to store the drive wheel separately on the housing. Rather, it is supported solely on the interaction points of its inner end teeth with the functional outer end teeth of the planetary rollers.

Zum rotatorischen Antrieb des Treibrades sind unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten denkbar. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Treibrad eine Außenstirnverzahnung aufweist, die mit einem Ritzel an einer außermittig am Gehäuse gelagerten Schaltstange kämmt. Eine Drehung der Schaltstange führt zu einer Drehung deren Ritzels, die dann über die Außenstirnverzahnung des Treibrades in die gewünschte Rotationsbewegung des Treibrades übersetzt wird. Alternativ wäre beispielsweise auch denkbar, das Treibrad mit dem Rotor eines Elektromotors zu koppeln bzw. den Rotor des Elektromotors als erfindungsgemäßes Treibrad auszubilden.For rotational drive of the drive wheel different implementation options are conceivable. In a preferred embodiment, it is provided that the drive wheel has an outer end toothing, which meshes with a pinion on an eccentrically mounted on the housing shift rod. A rotation of the shift rod leads to a rotation of the pinion, which is then translated via the outer end teeth of the drive wheel in the desired rotational movement of the drive wheel. Alternatively, for example, it would also be conceivable to couple the drive wheel to the rotor of an electric motor or to design the rotor of the electric motor as the drive wheel according to the invention.

Zur Überwachung der Rotationsbewegung des Treibrades, insbesondere zu Steuerzwecken ist es günstig, einen oder mehrere entsprechende Positionssensoren vorzusehen. Beispielsweise kann das Treibrad an mehreren über den Umfang verteilten Positionen mit Lagemagneten versehen sein, die mit einem am Gehäuse festgelegten Hall-Sensor Wechselwirken. Bei einfachen Stellantrieben dürfte es ausreichend sein, für jede anzusteuernde Stellposition einen Magneten vorzusehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, durch das Vorsehen einer Vielzahl von Magneten eine stärker aufgelöste Positionsüberwachung zu realisieren. Alternativ zu dem genannten Magnetsensor sind selbstverständlich auch andere gängige Sensortypen, z. B. optische Sensoren, einsetzbar.For monitoring the rotational movement of the drive wheel, in particular for control purposes, it is favorable to provide one or more corresponding position sensors. For example, the drive wheel may be provided with a plurality of circumferentially spaced positions with position magnets that interact with a housing-mounted Hall sensor. For simple actuators, it should be sufficient to provide a magnet for each control position to be controlled. Of course, it is also possible to realize a more resolved position monitoring by providing a plurality of magnets. As an alternative to the mentioned magnetic sensor are of course other common sensor types, eg. As optical sensors, can be used.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Linearstellantriebs ist innerhalb einer schaltbaren Motor-Getriebeanordnung. Bekannte Motor-Getriebeanordnungen umfassen häufig

– einen Elektromotor mit einem außenliegenden Stator und einem innenliegenden Rotor,
– einen radial innerhalb des Rotors angeordneten Planetensatz mit einem statorfesten Hohlrad,
– einem Sonnenrad und einem Steg mit darauf drehbar gelagerten Planetenrädern, die sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad kämmen,

wobei wahlweise das Sonnenrad oder der Steg drehfest mit dem Rotor koppelbar sind.A preferred application of the linear actuator according to the invention is within a switchable engine-gearbox assembly. Known engine gearbox arrangements often include

An electric motor with an external stator and an internal rotor,
A planetary gear set arranged radially inside the rotor with a stator-fixed ring gear,
A sun gear and a bridge with planet gears rotatably mounted thereon and meshing with both the sun gear and the ring gear,

optionally with the sun gear or the web rotatably coupled to the rotor.

Solche schaltbaren Planetensätze, die sowohl als Einfach- als auch als Doppelplanetensätze ausgebildet sein können, stellen aufgrund ihres geringen axialen Bauraums eine bevorzugte Möglichkeit zur Übertragung des Drehmomentes des Elektromotors mit unterschiedlichen Übersetzungen dar.Such switchable planetary gear sets, which can be designed both as single and double planetary gear sets, are due to their small axial space a preferred way to transmit the torque of the electric motor with different translations.

Zur weiteren Kompaktierung der Motor-Getriebeanordnung ist bevorzugt vorgesehen, dass zur wahlweisen Kopplung des Rotors mit dem Sonnenrad oder dem Steg eine drehfest mit dem Rotor verbundene, axial verschiebbare Schaltmuffe durch axiale Linearverschiebung wahlweise drehfest mit dem Sonnenrad oder dem Steg verbindbar ist, wobei die Schaltmuffe als eine Schiebemuffe eines oben beschriebenen Linearstellantriebs ausgebildet ist, dessen Gehäuse drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich der gesamte Planetensatz und der zur Schaltung erforderliche Linearstellantrieb koaxial im Inneren des Rotors des Elektromotors anordnen, wobei der Stator des Elektromotors, das Hohlrad des Planetensatzes und das Gehäuse des Linearstellantriebs die Festpunkte der Anordnung bilden. Eine derartige schaltbare Motor-Getriebeanordnung ist insbesondere für den Einsatz in Hybridfahrzeugen geeignet, bei denen insbesondere axialer Bauraum ein notorisch rares Gut darstellt.For further compaction of the engine-transmission assembly is preferably provided that for selectively coupling the rotor to the sun gear or the web a rotatably connected to the rotor, axially displaceable sliding sleeve by axial linear displacement selectively rotatably connected to the sun gear or the web, wherein the shift sleeve is designed as a sliding sleeve of a linear actuator described above, the housing is rotatably connected to the ring gear. In this way, the entire planetary gear set and required for the circuit linear actuator can be arranged coaxially inside the rotor of the electric motor, wherein the stator of the electric motor, the ring gear of the planetary gear set and the housing of the linear actuator form the fixed points of the arrangement. Such a switchable engine-gear assembly is particularly suitable for use in hybrid vehicles, in which in particular axial space represents a notoriously rare good.

In dem Fachmann grundsätzlich bekannter Weise kann vorgesehen sein, dass die Schaltmuffe wenigstens einen nicht-rotationssymmetrischen Vorsprung aufweist, der formschlüssig in eine korrespondierende Ausnehmung des Sonnenrades und eine korrespondierende Ausnehmung des Steges einschiebbar ist. Auf diese Weise wird entweder der Steg oder das Sonnenrad drehfest mit der ihrerseits drehfest mit dem Rotor verbundenen Schiebemuffe gekoppelt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine dritte Schaltstellung vorzusehen, in der weder das Sonnenrad noch der Steg des Planetensatzes drehfest mit der Schaltmuffe (und im Ergebnis mit dem Rotor) verbunden ist. Dies würde einer Leerlaufstellung entsprechen. In a manner known to those skilled in the art, it can be provided that the shift sleeve has at least one non-rotationally symmetrical projection which can be positively inserted into a corresponding recess of the sun gear and a corresponding recess of the web. In this way, either the web or the sun gear is rotatably coupled with the turn-rotatably connected to the rotor sliding sleeve. Of course, it is also possible to provide a third switching position, in which neither the sun gear nor the web of the planetary set rotatably connected to the shift sleeve (and in the result with the rotor). This would correspond to an idle position.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearstellantriebs, 1 an exploded view of a preferred embodiment of the linear actuator according to the invention,

2 eine axiale Schnittdarstellung durch den Linearstellantrieb 10 von 1, 2 an axial sectional view through the linear actuator 10 from 1 .

3 eine perspektivische Darstellung einer Planetenrolle des Linearstellantriebs von 1, 3 a perspective view of a planetary roller of the linear actuator of 1 .

4 eine Seitenansicht der Planetenrolle von 2, 4 a side view of the planetary role of 2 .

5 eine stirnseitige Draufsicht auf die Planetenrolle von 2, 5 a frontal plan view of the planetary role of 2 .

6 eine perspektivische Darstellung des Stellrings des Linearstellantriebs von 1, 6 a perspective view of the adjusting ring of the linear actuator of 1 .

7 eine Schnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Motor-Getriebeanordnung mit einem Linearstellantrieb gem. 1 in einer ersten Schaltstellung, 7 a sectional view through a preferred embodiment of a motor-gear assembly with a linear actuator gem. 1 in a first switching position,

8 eine Schnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Motor-Getriebeanordnung mit einem Linearstellantrieb gem. 1 in einer zweiten Schaltstellung, 8th a sectional view through a preferred embodiment of a motor-gear assembly with a linear actuator gem. 1 in a second switching position,

9 eine Schnittdarstellung durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Motor-Getriebeanordnung mit einem Linearstellantrieb gem. 1 in einer dritten Schaltstellung. 9 a sectional view through a preferred embodiment of a motor-gear assembly with a linear actuator gem. 1 in a third switching position.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Bauteile hin.The same reference numerals in the figures indicate identical or analogous components.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearstellantriebs 10. Von einem Gehäuse, in welchem die wesentlichen Bestandteile des erfindungsgemäßen Linearstellantriebs 10 im Montageendzustand enthalten sind, ist in 1 lediglich ein Gehäuseboden 12 dargestellt. In dem Gehäuseboden sind bei der gezeigten Ausführungsform drei Planetenrollen 14 im Winkelabstand von jeweils 120 Grad so gelagert, dass sie parallel zur Längsachse 16 rotierbar sind. Ein Treibrad 18, welches als ein Ring mit Außenstirnverzahnung 20 und Innenstirnverzahnung 22 ausgebildet ist, ist frei auf den Planetenrollen 14 gelagert, wobei deren Verzahnung, auf die weiter unten im Zusammenhang mit den 3 bis 5 näher eingegangen werden soll, mit der Innenstirnverzahnung 22 des Treibrades 18 kämmt. Radial innerhalb des Treibrades 18 und der Planetenrollen 14 ist ein Stellring 24 angeordnet, welcher korrespondierend zu den Planetenrollen 14 drei Gewindeabschnitte 26 aufweist, die an der Verzahnung der Planetenrollen 14 abwälzen und auf die weiter unten im Zusammenhang mit 6 eingegangen werden soll. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Stellring 24 innen als äußere Lagerschale eines Wälzlagers 28, welches Axialkräfte aufzunehmen vermag, ausgebildet. Die innere Lagerschale des Wälzlagers 28 ist Bestandteil einer Schiebemuffe 30, welche radial innerhalb des Stellrings 24 angeordnet ist und nicht-rotationssymmetrische Vorsprünge 32 aufweist, auf deren Bedeutung weiter unten im Zusammenhang mit einer bevorzugten Anwendung des erfindungsgemäßen Linearstellantriebs eingegangen werden soll. Alternativ zu dem Wälzlager 28 könnte auch jede andere Axialkräfte aufnehmende und drehentkoppelnde Verbindung, z. B. eine Nut/Steg-Verbindung realisiert werden. 1 shows an exploded view of a preferred embodiment of a linear actuator according to the invention 10 , From a housing in which the essential components of the linear actuator according to the invention 10 are included in the final assembled state is in 1 only a caseback 12 shown. In the housing bottom are in the illustrated embodiment, three planetary rollers 14 each mounted at an angular distance of 120 degrees so that they are parallel to the longitudinal axis 16 are rotatable. A driving wheel 18 which is called a ring with external front teeth 20 and inner end gearing 22 is formed, is free on the planetary rollers 14 stored, with their toothing, to which further below in connection with the 3 to 5 to be discussed in more detail, with the inner end toothing 22 of the drive wheel 18 combs. Radial inside the drive wheel 18 and the planetary roles 14 is a collar 24 arranged, which corresponds to the planetary rollers 14 three threaded sections 26 that is attached to the teeth of the planetary rollers 14 roll over and related to the below 6 to be received. In the embodiment shown, the adjusting ring 24 inside as outer bearing shell of a rolling bearing 28 , which is able to absorb axial forces trained. The inner bearing shell of the rolling bearing 28 is part of a sliding sleeve 30 which radially inward of the adjusting ring 24 is arranged and non-rotationally symmetrical projections 32 whose meaning will be discussed below in connection with a preferred application of the linear actuator according to the invention. Alternative to the rolling bearing 28 could also any other axial forces receiving and rotational coupling, z. B. a groove / web connection can be realized.

Im Gehäuseboden 12 ist eine mit einem Ritzel 34 bewehrte Schaltstange 36 rotierbar gelagert. Die Verzahnung des Ritzels 34 kämmt mit der Außenverzahnung 20 des Treibrades 18. Eine Rotation der Schaltstange 36 führt somit zu einer Rotation des Treibrades 18 relativ zum Gehäuseboden 12. Zur Detektion und Überwachung dieser Rotation ist das Treibrad an mehreren Stellen mit Lagemagneten 38 versehen, die mit einem Hall-Sensor 40 am Gehäuseboden 12 wechselwirken können. Andere Drehpositionssensoren, z. B. optische, sind gleichermaßen geeignet.In the case back 12 is one with a pinion 34 armored shift rod 36 rotatably mounted. The toothing of the pinion 34 meshes with the external teeth 20 of the drive wheel 18 , A rotation of the shift rod 36 thus leads to a rotation of the drive wheel 18 relative to the housing bottom 12 , To detect and monitor this rotation, the drive wheel is in several places with position magnets 38 provided with a Hall sensor 40 at the bottom of the case 12 can interact. Other rotary position sensors, eg. As optical, are equally suitable.

Wie weiter unten detaillierter beschrieben, führt eine Rotation des Treibrades 18 zu einer Rotation der Planetenrollen 14, deren Verzahnung zum einen funktional einer Außenstirnverzahnung entspricht, die mit der Innenstirnverzahnung 22 des Treibrades 18 kämmt. Rotation der Planetenrollen 14, deren Verzahnung zum anderen auch funktional als Gewinde wirkt, welches an dem jeweils zugeordneten Gewindeabschnitt 26 des Stellrings 24 abwälzt, führt zu einer axial ausgerichteten Linearbewegung des Stellrings 24. Diese wird über das Wälzlager 28, welches, wie erwähnt, Axialkräfte aufzunehmen in der Lage ist, auf die Schiebemuffe 30 übertragen, die aufgrund des Wälzlagers 28 vom Stellring 24 drehentkoppelt ist.As described in more detail below, a rotation of the drive wheel leads 18 to a rotation of the planetary rollers 14 whose toothing on the one hand functionally corresponds to an outer end toothing, that with the inner end toothing 22 of the drive wheel 18 combs. Rotation of the planetary rollers 14 whose toothing on the other hand functionally acts as a thread, which on the respectively associated threaded portion 26 of the adjusting ring 24 rolls, leads to an axially aligned linear movement of the adjusting ring 24 , This is about the rolling bearing 28 which, as mentioned, is capable of absorbing axial forces on the sliding sleeve 30 transferred due to the rolling bearing 28 from the collar 24 is torsionally coupled.

2 zeigt eine axiale Schnittdarstellung durch den Linearstellantrieb von 1. 2 shows an axial sectional view through the linear actuator of 1 ,

Die 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Ansichten einer der Planetenrollen 14. Jede Planetenrolle 14 weist einen zylindrischen Grundkörper 141 auf, der an seinen beiden Stirnseiten mit Lagerzapfen 142 zur Lagerung im Gehäuseboden 12 und einem nicht dargestellten Gehäusedeckel versehen ist. Auf der Oberfläche des Zylindermantels ist eine Vielzahl einzelner Zähne 143 angebracht. Von besonderer Bedeutung ist die Anordnung der Zähne 143 auf der Manteloberfläche. Wie insbesondere aus 4 ersichtlich, sind die Zähne in ihrer Gesamtheit spiralig angeordnet, d. h. dass eine gedachte Verbindungslinie, die jeden Zahn mit seinem azimutal nächstbenachbarten Zahn verbindet, eine Spirale mit mehreren Windungen um die Rotationsache 144 der Planetenrolle bildet. Die Spirale kann dabei ein- oder mehrgängig ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine eingängige Ausgestaltung. Andererseits sind die Zähne 143 gruppenweise so angeordnet, dass sie axial ausgerichtete Zahnreihen über die Länge des Grundkörpers 141 der Planetenrolle 14 bilden. Dies ist in der Draufsicht auf die Stirnseite der Planetenrolle 14 in 5 besonders gut erkennbar. In dieser Ansicht hat die Planetenrolle 14 die Anmutung eines herkömmlichen Stirnrades. Mit anderen Worten bilden gedachte Verbindungslinien, die jeden Zahn mit seinem in Axialrichtung nächstbenachbarten Zahn verbinden, gerade, axial ausgerichtete und gleichmäßig über den Rollenumfang verteilte Linien. Diese besondere Zahnanordnung realisiert die Überlagerung eines funktionalen Stirnrades und einer funktionalen Gewinderolle. Beide Funktionen werden von der erfindungsgemäßen Planetenrolle an jedem Punkt ihrer Manteloberfläche erfüllt. Insbesondere erfolgt keine axiale Trennung der Funktionen „Stirnrad” und „Gewinderolle”, wie dies bei bekannten Planetenrollen mit axial getrennten Stirnradabschnitten und Gewindeabschnitten der Fall ist. Die Stirnradfunktion kommt bei der Wechselwirkung mit der Innenverzahnung 22 des Treibrades 18 zur Geltung. Hier wird die Rotationsbewegung des Treibrades 18 in eine Rotationsbewegung der Planetenrollen 14 übersetzt. Die Gewinderollenfunktion kommt bei der Wechselwirkung der Planetenrollen 14 mit den Gewindeabschnitten 26 des Schaltrings 24 zur Geltung. Hier wird gemäß bekannten Gewindetrieben die Rotationsbewegung der Planetenrolle 14 in eine axiale Linearbewegung des Stellrings 24 umgelenkt. Wie in 6 gut erkennbar, ist jeder Gewindeabschnitt 26 als axiale Abfolge leicht schräg zur Tangentialrichtung geneigter, konkaver Einschnitte in die äußere Oberfläche des Stellrings 24 ausgebildet, wobei die azimutalen Positionen der Gewindeabschnitte 26 den azimutalen Positionen der Planetenrollen 14 entsprechen. Auf diese Weise ist eine Rotationsbewegung des Stellrings 24 ausgeschlossen.The 3 to 5 show different views of one of the planetary roles 14 , Every planetary role 14 has a cylindrical body 141 on, at its two front sides with bearing pin 142 for storage in the housing bottom 12 and a housing cover, not shown, is provided. On the surface of the cylinder jacket is a variety of individual teeth 143 appropriate. Of particular importance is the arrangement of the teeth 143 on the mantle surface. As in particular from 4 As can be seen, the teeth are spirally arranged in their entirety, ie that an imaginary connecting line connecting each tooth with its azimuthal next adjacent tooth, a spiral with several turns around the axis of rotation 144 the planetary role forms. The spiral can be formed one or more continuous. Preferred is a catchy design. On the other hand, the teeth are 143 arranged in groups so that they aligned axially rows of teeth over the length of the body 141 the planetary role 14 form. This is in the plan view of the front side of the planetary roller 14 in 5 particularly recognizable. In this view, the planetary role has 14 the appearance of a conventional spur gear. In other words, imaginary connecting lines connecting each tooth with its axially adjacent tooth form straight, axially aligned, and evenly distributed lines around the circumference of the roller. This particular tooth arrangement realizes the superposition of a functional spur gear and a functional thread roller. Both functions are fulfilled by the planetary roller according to the invention at each point of its mantle surface. In particular, there is no axial separation of the functions "spur gear" and "thread roller", as is the case with known planetary rollers with axially separate Stirnradabschnitten and threaded portions. The spur function comes with the interaction with the internal teeth 22 of the drive wheel 18 to the validity. Here is the rotational movement of the drive wheel 18 in a rotational movement of the planetary rollers 14 translated. The thread rolling function comes with the interaction of the planetary rollers 14 with the threaded sections 26 the Schalring 24 to the validity. Here, according to known screw drives the rotational movement of the planetary roller 14 in an axial linear movement of the adjusting ring 24 diverted. As in 6 easily recognizable, is every thread section 26 as an axial sequence slightly inclined to the tangential direction, concave incisions in the outer surface of the adjusting ring 24 formed, wherein the azimuthal positions of the threaded portions 26 the azimuthal positions of the planetary rollers 14 correspond. In this way, a rotational movement of the adjusting ring 24 locked out.

Die 7 bis 9 zeigen eine besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Linearstellantriebs, nämlich als Schaltantrieb eines schaltbaren Planetensatzes, der konzentrisch im Inneren des Rotors 42 eines Elektromotors angeordnet ist. Die resultierende Motor-Getriebeanordnung trägt in den 7 bis 9 das Bezugszeichen 100. Der Rotor 42 umfasst einen Rotorträger 421 und einen darauf angeordneten Satz Permanentmagneten 422. Der zugehörige Stator ist in den 7 bis 9 nicht dargestellt.The 7 to 9 show a particularly preferred application of the linear actuator according to the invention, namely as a switching drive of a switchable planetary gear set concentrically in the interior of the rotor 42 an electric motor is arranged. The resulting engine gearbox carries in the 7 to 9 the reference number 100 , The rotor 42 includes a rotor carrier 421 and a set of permanent magnets disposed thereon 422 , The associated stator is in the 7 to 9 not shown.

Der konzentrisch im Inneren des Rotors 42 angeordnete Planetensatz umfasst ein Hohlrad 44, einen Steg 46, der in den 7 bis 9 nicht erkennbare Planetenräder trägt, und ein Sonnenrad 48. Der Steg 46 ist drehfest auf einer Ausgangswelle 50 fixiert. In den 7 bis 9 rechts von dem Planetensatz und ebenfalls koaxial innerhalb des Rotors 42 angeordnet, ist der in den 1 und 2 dargestellte Linearstellantrieb, wobei sich dessen einzelne Elemente aus der Verwendung der bereits in der vorangehenden Beschreibung verwendeten Bezugszeichen leicht erschließen. Die Verbindung zwischen dem Linearstellantrieb 10 und dem Planetensatz bildet die Schiebemuffe 30, die drehfest und axial verschieblich auf dem Rotorträger 421 gelagert ist. In ihrer in 7 dargestellten Axialposition greifen die Vorsprünge 32 formschlüssig in korrespondierende Ausnehmungen des Sonnenrades 48 ein und koppeln dieses somit drehfest mit dem Rotor 42. Das Drehmoment des Rotors 42 wird daher mit der Standübersetzung des Planetensatzes auf die Ausgangswelle 50 übersetzt. In der in 8 gezeigten Axialstellung der Schiebemuffe 30 sind deren Vorsprünge 32 in keiner formschlüssigen Verbindung mit irgendeinem Element. Entsprechend wird kein Drehmoment des Rotors 42 auf die Ausgangswelle 50 übertragen. Bei der in 9 dargestellten Axialposition der Schiebemuffe 30 greifen deren Vorsprünge 32 formschlüssig in korrespondierende Ausnehmungen des Stegs 46 ein und koppeln diesen somit drehfest mit dem Rotorträger 42. Da der Steg 46 seinerseits drehfest mit der Ausgangswelle 50 gekoppelt ist, wird in dieser Schaltstellung das Moment des Rotors 42 direkt auf die Ausgangswelle 50 übertragen. Der Fachmann wird erkennen, dass jeder Schaltvorgang, d. h. jede Überführung der Schiebemuffe 30 von einer der gezeigten Axialstellungen in eine andere Axialstellung durch Axialverschiebung des Stellrings 42 in der oben erläuterten Weise erfolgt und durch entsprechende Rotation der Schaltstange 36 initiiert wird.The concentric inside the rotor 42 arranged planetary gear comprises a ring gear 44 , a footbridge 46 in the 7 to 9 unrecognizable planetary wheels, and a sun gear 48 , The jetty 46 is non-rotatable on an output shaft 50 fixed. In the 7 to 9 to the right of the planetary gear set and also coaxial inside the rotor 42 arranged, is in the 1 and 2 illustrated linear actuator, with its individual elements easily accessible from the use of the reference numerals already used in the preceding description. The connection between the linear actuator 10 and the planetary gearset forms the sliding sleeve 30 , the rotationally fixed and axially displaceable on the rotor arm 421 is stored. In her in 7 shown axial position engage the projections 32 positively in corresponding recesses of the sun gear 48 and thus coupling this rotatably with the rotor 42 , The torque of the rotor 42 is therefore with the state translation of the planetary gear set on the output shaft 50 translated. In the in 8th shown axial position of the sliding sleeve 30 are their projections 32 in no positive connection with any element. Accordingly, no torque of the rotor 42 on the output shaft 50 transfer. At the in 9 shown axial position of the sliding sleeve 30 grab their projections 32 positively in corresponding recesses of the web 46 one and thus coupling it rotatably with the rotor carrier 42 , Because the jetty 46 in turn rotatable with the output shaft 50 is coupled, in this switching position, the torque of the rotor 42 directly on the output shaft 50 transfer. The skilled person will recognize that each switching operation, ie each transfer of the sliding sleeve 30 from one of the axial positions shown in another axial position by axial displacement of the adjusting ring 42 in the manner explained above and by corresponding rotation of the shift rod 36 is initiated.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. A broad range of possible variations will be apparent to those skilled in the art in light of the disclosure herein.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: LinearstellantriebLinear Actuator
1212: Gehäusebodencaseback
1414: Planetenrolleplanetary roller
141141: Grundkörper von 14 Basic body of 14
142142: Lagerzapfen von 14 Bearing journals of 14
143143: Zahn von 14 Tooth of 14
144144: Rotationsachse von 14 Rotation axis of 14
1616: Längsachselongitudinal axis
1818: Treibradpinion
2020: Außenstirnverzahnung von 18 Outer face of 18
2222: Innenstirnverzahnung von 18 Inner end toothing of 18
2424: Stellringcollar
2626: Gewindeabschnittthreaded portion
2828: Wälzlagerroller bearing
3030: Schiebmuffesplit sleeve
3232: Vorsprung von 30 Advantage of 30
3434: Ritzelpinion
3636: Schaltstangeshift rod
3838: Lagemagnetposition solenoid
4040: Hall-SensorHall sensor
4242: Rotorrotor
421421: Rotorträgerrotorarm
422422: Magnetmagnet
4444: Hohlradring gear
4646: Stegweb
4848: Sonnenradsun
5050: Ausgangswelleoutput shaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19637526 A1 [0003]

Claims

Linear actuator, comprising - a rotatable drive wheel ( 18 ) with an inner end toothing ( 22 ) - a radially inside of the drive wheel ( 18 ), axially movable actuator ( 24 ), the outer surface of which at least partially formed Stellelementgewindestruktur ( 26 ), and - a radially between the actuator ( 24 ) and the drive wheel ( 18 ) mounted set of rotatable planetary rollers ( 14 ), each having a functional outer end toothing, which with the inner end toothing ( 22 ) of the drive wheel ( 18 ) meshes, and a functional planetary roller thread, which at the corresponding Stellelementgewindestruktur ( 26 ), characterized in that the planetary rollers ( 14 ) on its planetary roller surface with a plurality of individual teeth ( 143 ) and the teeth ( 143 ) in its entirety spirally with a plurality of turns around the planetary roller rotation axis ( 144 ) and arranged in groups in axially aligned and evenly distributed over the planetary roller circumference rows on the planetary roller surface.

Linear actuator according to claim 1, characterized in that the Stellelementgewindestruktur ( 26 ) as one of the number of planetary rollers ( 14 ) corresponding number over the circumference of the actuating element ( 24 ), axially aligned and with the teeth ( 143 ) formed spiral of corresponding toothing sections is formed.

Linear actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the planetary rollers ( 14 ) are mounted in a housing relative to which the drive wheel ( 18 ) rotational and the actuator ( 24 ) is axially movable.

Linear actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a sliding sleeve ( 30 ) radially within the actuating element ( 24 ) and is arranged with this axialkraftübertragend and dreenktkoppelt.

Linear actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive wheel ( 18 ) freely on the planetary rollers ( 14 ) is stored.

Linear actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive wheel ( 18 ) an outer end toothing ( 20 ), which with a pinion ( 34 ) on an eccentrically mounted on the housing shift rod ( 36 ) combs.

Linear actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a position sensor arrangement ( 38 . 40 ) for monitoring the rotational position of the drive wheel ( 15 ) is provided.

Motor-gear arrangement, comprising - an electric motor with an external stator and an internal rotor ( 42 ), - a radially inside of the rotor ( 42 ) arranged planetary gear set with a statorfesten ring gear ( 44 ), a sun wheel ( 48 ) and a jetty ( 46 ) with planetary gears rotatably mounted thereon and connected both to the sun gear ( 48 ) as well as with the ring gear ( 44 ), optionally with the sun gear ( 48 ) or the bridge ( 46 ) rotatably with the rotor ( 42 ) are coupled, characterized in that for selectively coupling the rotor ( 42 ) with the sun wheel ( 48 ) or the bridge ( 46 ) a rotationally fixed with the rotor ( 42 ), axially displaceable sliding sleeve ( 30 ) by axial linear displacement optionally rotationally fixed with the sun gear ( 48 ) or the bridge ( 46 ) is connectable, wherein the sliding sleeve ( 30 ) as the sliding sleeve of a linear actuator ( 10 ) is designed according to claim 4, the housing rotationally fixed with the ring gear ( 44 ) connected is.

Motor-gear arrangement according to claim 8, characterized in that the sliding sleeve ( 30 ) at least one non-rotationally symmetrical projection ( 32 ) which positively in a corresponding recesses of the sun gear ( 48 ) and a corresponding recesses of the web ( 46 ) can be inserted.