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Die Erfindung betrifft einen Linearaktor zum Spannen eines Zugmitteltriebs eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gehäuse und einem relativ dazu verschiebbar gelagerten Spannteil sowie einem Abstützabschnitt, gegenüber dem das Spannteil elastisch mittels einer Feder abgestützt ist.
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Bekannter Stand der Technik ist aus diversen Druckschriften bekannt, worin bspw. ein Spanner für einen Motorsteuertrieb eines Kraftfahrzeuges offenbart ist. Prinzipiell sind daher bereits schaltbare Riemenspanneinheiten bekannt, die mittels einer Elektromechanik verstellt werden und in der Regel mit mehrstufigen Übersetzungsgetrieben und einer Übersetzungseinheit von rotatorischer in linearer Bewegung versehen sind, s. beispielsweise
DE 10 2011 085 594 A1 oder
DE 101 53 329 A1 . Dabei unterstützt der Aktuator entweder die Standardfeder oder er komprimiert diese (Reihenschaltung / Parallelschaltung). Auch sind aus dem Stand der Technik bereits prinzipielle Linearaktoren, die entweder pneumatisch-hydraulisch oder elektromechanisch ausgeführt sind, bekannt. Auch sind passive, automatische Riemenspanneinheiten bekannt.
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Die
DE 10 2012 207 237 A1 offenbart eine Betätigungseinrichtung mit einem Planetenwälzgetriebe für eine Doppelkupplung.
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Bei den pneumatischen und hydraulischen Linearaktoren / Linearaktuatoren aus dem Stand der Technik hat es sich jedoch gezeigt, dass diese häufig noch einen relativ geringen Wirkungsgrad aufweisen und zumeist relativ kompliziert aufgebaut sind. Hierbei kann es notwendig sein eine Druckluft- bzw. Öldruckaufbereitung vorzusehen, um eine druckverlustbehaftete Anbindung zu ermöglichen und relativ hohe Temperaturabhängigkeiten zu erzielen. Auch sind diese Linearaktoren zumeist relativ laut. Rein passive Spannsysteme, die ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind, können die Riemenvorspannung nicht aktiv verändern. Dies ist jedoch insbesondere für den Motorstart notwendig, aber auch für generatorischen Betrieb, bei dem für unterschiedliche Betriebszustände (Volllast, Teillast, Grundlast bei verschiedenen Umdrehungen sowie Boosten und Rekuperieren) verschiedene Riemenvorspannungen möglich sind. Die Mehrstufigkeit von Übersetzungsgetrieben an sich fordert weiterhin zumeist einen relativ großen Bauraum. Bei Parallelschaltung von Aktor und Feder ist die Druckfeder die gleiche wie bei einem passiven Spanner, d.h. sie ist gleich lang. Ebenfalls sind nur Systeme mit Reihenschaltung bekannt, bei denen die Feder identisch zum passiven Standardspanner ist. Im Weiteren haben die in diesen Spannsystemen verwendeten Federn einen relativ großen Arbeitsbereich aufgrund von Temperaturschwankungen, Riemenlängungen, vorhandenen Toleranzen, Montagezuständen und Huberscheinungen während des Betriebes abzudecken. Denn bei laufendem Verbrennungsmotor ist der für die Dynamik zuständige Arbeitshub im Vergleich zu dem gesamten Arbeitsbereich des Spanners relativ gering bspw. 1 bzw. 2 mm.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und einen Linearaktor zur Verfügung zu stellen, der noch kompakter ausgestaltet sein soll, um insbesondere im Hinblick auf die Übersetzungsstufe und auf die Federlänge sowie dem Antrieb weitere Vorteile zu erzielen. Auch sollen der Wirkungsgrad sowie Leistungsdichte weiter gesteigert werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Abstützabschnitt separat vom Gehäuse ausgestaltet ist und in zumindest einer Verstellrichtung mittels einer Motor-Getriebe-Einheit relativ zu dem Gehäuse verstellbar ist, wobei das Spannteil eine hohlzylindrische Dämpfungshülse aufweist, die in zumindest einer ersten Verstellrichtung relativ zu einem mit dem Abstützabschnitt verbundenen Führungskolben hydraulisch gedämpft gelagert ist.
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Dadurch ist ein aktives System zur Verfügung gestellt, das einen relativ hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte aufweist. Da das Spannteil mittels des Abstützabschnittes, unabhängig von der jeweiligen Betriebssituation, durch die Motor-Getriebe-Einheit verstellbar ist, ist das Niveau der Zugmittelvorspannung variabel je nach Betriebszustand einstellbar. Die jeweiligen Schwankungen aufgrund der Toleranzen, wie Temperatur, Fertigungstoleranzen, etc. sind durch die Verstellbarkeit einfach kompensierbar. Insbesondere beim Start-/Stopp-Vorgang der Verbrennungskraftmaschine bringt dies weitere Vorteile mit sich. Beim Kaltstart z.B. kann das Spannteil so stark gegen das Zugmittel angedrückt werden, dass die Federlänge sowie der Dämpfungsweg besonders kurz sind und der Linearaktor quasi einen Anschlag ausbildet.
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Das Spannteil weist eine hohlzylindrische Dämpfungshülse auf, die in zumindest der ersten Verstellrichtung relativ zu einem mit dem Abstützabschnitt verbundenen Führungskolben gedämpft gelagert ist. Dabei ist vorzugsweise zwischen dem Führungskolben und der Dämpfungshülse ein fluidischer, nämlich hydraulischer, alternativ auch pneumatischer Druckraum ausgeformt, der mit einem Hydraulikmittel oder einem pneumatischen Mittel gefüllt ist und als Dämpfungskammer wirkt. Dadurch ist der Linearaktor besonders einfach fluidisch, etwa hydraulisch oder pneumatisch gedämpft ausgestaltet. Die Schwingungsdämpfung ist besonders effizient umgesetzt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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So ist es weiterhin von Vorteil, wenn ein / der Motor der Motor-Getriebe-Einheit als Elektromotor ausgestaltet ist. Dadurch ist eine möglichst direkte Ansteuerung und Verstellung des Abstützabschnittes umgesetzt. Mit Motor-Getriebe-Einheit ist hierbei der Zusammenbau zwischen einem Motor und einem Getriebe gemeint, wobei der Motor der Motor-Getriebe-Einheit bereits mit dem Getriebe der Motor-Getriebe-Einheit bewegungsgekoppelt ist und bei Aktivierung des Motors durch diesen antreibbar ist.
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Auch ist es von Vorteil, wenn eine Steifigkeit einer Unterbaueinheit, bestehend aus Spannteil, Feder und Abstützabschnitt, so abgestimmt ist, dass in einem unteren Kräftebereich, etwa bei Beginn der Verstellung des Linearaktors, die Steifigkeit maßgeblich durch die Federkennlinie der Feder bestimmt ist und in einem oberen Kräftebereich, etwa am Ende der Verstellung des Linearaktors, die Steifigkeit ausschließlich durch die Unterbaueinheit ohne Feder bestimmt ist
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn ein / das Getriebe der Motor-Getriebe-Einheit als ein Planetenwälzgetriebe ausgestaltet ist. Ein Planetenwälzgetriebe ist besonders kompakt ausgeführt, wodurch der benötigte Bauraum der Motor-Getriebe-Einheit weiter reduziert wird. Ein solches vorzugsweise als Spindeltrieb aufgebautes Planetenwälzgetriebe hat somit eine hohe Leistungsdichte.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Motor sowie das Getriebe der Motor-Getriebe-Einheit in Reihe, d.h. im Wesentlichen koaxial zueinander / in Reihe hintereinander (als Reihenschaltung) angeordnet sind oder parallel zueinander nebeneinander, d.h. in Bezug auf die Drehachse des Getriebes in radialer Richtung beabstandet voneinander (als Parallelschaltung) angeordnet sind. Dadurch ist die Antriebskraftübertragung von dem Motor auf das Planetenwälzgetriebe ebenfalls besonders effizient möglich.
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Dadurch ist es auch möglich, das Vorspannniveau des Zugmitteltriebes einfach zu verändern.
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Auch ist es von Vorteil, wenn das Getriebe eine Gewindehülse und ein, vorzugsweise in der Form eines Spindelstiftes / einer Spindelstange ausgeführtes Antriebselement aufweist, die derart mittels eines Spindeltriebes miteinander bewegungsgekoppelt sind, dass eine Rotation des Antriebselementes eine axiale Bewegung der Gewindehülse bewirkt. Dadurch ist das Getriebe besonders einfach aufgebaut und weist möglichst wenige Bauteile auf. Die Bauteilkomplexität wird somit weiter reduziert.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Gewindehülse mit dem Abstützabschnitt in der zumindest einen Verstellrichtung bewegungsgekoppelt ist, bspw. fest verbunden ist. Denn somit ist eine direkte Verstellung des Abstützabschnittes mit Hilfe der Gewindehülse umgesetzt. Die Gewindehülse ist somit entweder in einer ersten Verstellrichtung oder in einer, dieser ersten Verstellrichtung entgegengesetzten, zweiten Verstellrichtung (je nach Drehrichtung des Antriebselementes) verstellbar. Dadurch ist die Ansteuerung des Abstützabschnittes besonders einfach umgesetzt.
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Ist das Spannteil zudem die Feder direkt an dem Spannteil sowie direkt an dem Abstützabschnitt anliegend / abgestützt, ist auch die federelastische Abstützung besonders einfach und direkt ausgestaltet.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin auch von Vorteil, wenn die Feder mit einem ersten Stützbereich an dem Abstützabschnitt (vorzugsweise unmittelbar) anliegt und mit einem zweiten Stützbereich (vorzugsweise unmittelbar) an dem Spannteil anliegt. Auch ist es dabei vorteilhaft, wenn der erste Stützbereich der Feder einen Federfußpunkt darstellt / ausbildet, der mit dem Abstützabschnitt bewegungsgekoppelt ist. Denn somit wird durch eine Verstellung des Abstützabschnittes der Federfußpunkt ebenfalls auf einfache Weise und direkt verschoben.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn der Linearaktor als eine Spannvorrichtung für einen Zugmitteltrieb eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Spannteil gegen einen Spannhebel eines für einen Zugmitteltrieb verwendeten Spannrollsystems vorgespannt / angedrückt ist. Dadurch ist der Linearaktor besonders effizient einsetzbar.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird somit vorgeschlagen eine PWG-Einheit (Planetenwälzgewindespindeltrieb-Einheit) und einen Elektromotor als Aktor für ein lineares Spannelement (Spannteil) einzusetzen. Die PWG-Einheit hat eine geringe Steigung und eine hohe Leistungsdichte. Es wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der die einzelnen Elemente in Reihe geschaltet sind, wobei durch die Reihenschaltung der Elemente das Vorspannniveau des Zumitteltriebes, vorzugsweise eines Riementriebs, verändert werden kann. Für die Start-/Stopp-Funktion ist das System mit einem nahezu festen Anschlag versehen, wodurch es möglich ist, relativ hohe Kräfte bei den Start-Vorgängen zu übertragen. Die Druckfedern und der hydraulische Dämpfer ermöglichen ein optimales Verhalten im Dauerbetrieb sowie das schnelle Nachspannen beim Start, um die Null-Kräfte zu vermeiden. Geregelt wird das System durch Strommessung des Aktors während des Betriebs, da der Strom proportional zum Drehmoment ist.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsformen abgebildet sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Zugmitteltriebes umfassend einen erfindungsgemäßen Linearaktor nach einer ersten Ausführungsform, wobei insbesondere die Anbringung des Spannteils des Linearaktors an einem Spannhebel zum Andrücken einer Spannrolle gegen einen Zugmitteltrieb dargestellt ist,
- 2 eine Längsschnittdarstellung des in 1 bereits verbauten, erfindungsgemäßen Linearaktors nach der ersten Ausführungsform, welcher Längsschnitt entlang einer Zentralachse (Drehachse des Antriebselementes) des Planetenwälzgetriebes der Motor-Getriebe-Einheit verläuft,
- 3 eine isometrische Darstellung des in 2 bereits in Längsrichtung geschnittenen Linearaktors, wobei die beiden Lagerstellen am Gehäuse sowie am Schaltteil gut zu erkennen sind,
- 4 eine isometrische Darstellung eines Teilzusammenbaus des Linearaktors, wobei das Gehäuse mit der Motor-Getriebe-Einheit verbunden ist und das Planetenwälzgetriebe zu erkennen ist, und wobei auf die Darstellung des Abstützabschnittes sowie des Schaltteiles verzichtet ist,
- 5 eine isometrische Darstellung eines Teilzusammenbaus zwischen einer ersten Gewindehülse sowie den Planetenspindelrädern des Planetenwälzgetriebes, welche Planetenspindelräder zusammen mit einem Planetenträger in radialer Richtung gehalten sind,
- 6 eine isometrische Darstellung eines Teilzusammenbaus von dem in 5 bereits verbauten Planetenträger und den Planetenspindelrädern, wobei zentral zwischen den Planetenspindelrädern, mit diesen kämmend, das Antriebselement in Form der Spindelstange eingebracht ist,
- 7 eine isometrische Darstellung eines in Längsrichtung geschnittenen Linearaktor-Teilzusammenbaus, worin - gegenüber der Darstellung des Linearaktors nach 1 oder 2 - der Übersichtlichkeit halber auf das Gehäuse, das Spannteil sowie den Faltbalg verzichtet wurde, und wobei insbesondere die Anordnung der beiden in dem Planetenwälzgetriebe verwendeten Gewindehülsen gut zu erkennen ist,
- 8 eine isometrische Darstellung des in 7 bereits dargestellten Linearaktor-Teilzusammenbaus in einem ungeschnittenen Zustand, wobei insbesondere die axialen Führungsvorsprünge an der Außenseite der Gewindehülsen zu erkennen sind,
- 9 nochmals eine isometrische Darstellung des gesamten, zusammengebauten Linearaktors nach der ersten Ausführungsform,
- 10 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktors nach einer zweiten Ausführungsform,
- 11 eine Längsschnittdarstellung des Linearaktors gemäß der 10, wobei hier besonders gut das Innenleben des Gehäuses des Linearaktors zu erkennen ist, und wobei der verwendete Elektromotor der Motor-Getriebe-Einheit nicht mehr wie in der ersten Ausführungsform noch in Reihe hinter dem Planetenwälzgetriebe, sondern parallel zur Zentralachse des Planetenwälzgetriebes angeordnet ist,
- 12 eine isometrische Darstellung des teilweise in Querrichtung des Gehäuses geschnittenen Linearaktors nach den 10 und 11, wobei das Innenleben des Linearaktors von einer, dem Spannteil abgewandten Rückseite dargestellt ist und hier besonders gut der den Elektromotor mit dem Planetenwälzgetriebe drehbewegungskoppelnde Riementrieb zu erkennen ist,
- 13 eine isometrische Darstellung des zusammengebauten Linearaktors ähnlich zur 10, wobei die Gewindehülse des Planetenwälzgetriebes zu erkennen ist, und
- 14 eine Diagrammdarstellung einer Spannung-Weg-Kennlinie des Linearaktors der ersten Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können frei miteinander kombiniert werden.
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In den 1 bis 13 sind prinzipiell zwei verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linearaktors 1 dargestellt. In beiden Ausführungsformen ist der Linearaktor 1 als eine Spannvorrichtung eines als Riementrieb ausgebildeten Zugmitteltriebes 2 eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Die schematische Einbauweise des derart verwendeten Linearaktors 1 ist besonders gut in Verbindung mit 1 zu erkennen, wobei der Linearaktor 1 mittels eines Spannhebels 18 eine Spannrolle 19 gegen ein Zugmittel 22 des Zugmitteltriebes 2, unter dessen Vorspannung gegen die jeweiligen An- und Abtriebsräder 20 und 21 einer Verbrennungskraftmaschine, andrückt / vorspannt. Das Zugmittel 22 ist hierbei als ein Riemen ausgestaltet und somit ist die Spannvorrichtung speziell für das Spannen eines Riementriebes vorgesehen. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, als Zugmittel 22 eine Kette vorzusehen, wonach dann die Spannvorrichtung für einen Kettentrieb optimiert ist.
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Das Antriebsrad 20, das üblicherweise eine Kurbelwelle der, hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Verbrennungskraftmaschine ist, ist mittels des Zugmittels 22 mit zwei Abtriebsrädern 21 drehfest verbunden. Die Abtriebsräder 21 sind weiter bevorzugt Antriebswellen eines Nebenaggregats oder einer Nockenwellen der Verbrennungskraftmaschine.
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Wie weiterhin in 1 besonders gut zu erkennen, weist der Linearaktor stets zwei Lagerstellen 23 und 24 auf, wobei eine erste Lagerstelle 23 gehäusefest angebracht ist, d.h. fest mit einem Gehäuse 3 des Linearaktors 1 verbunden ist. Die erste Lagerstelle 23 ist im Betrieb des Linearaktors 1 mit einem hier der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellten Maschinengehäuse der Verbrennungskraftmaschine fest verbunden, jedoch im Wesentlichen gegenüber diesem Maschinengehäuse rotatorisch / verdrehbar gelagert, so dass das Gehäuse 3 des Linearaktors 1 eine gewisse Relativverdrehung gegenüber dem Maschinengehäuse zulässt. Die zweite Lagerstelle 24 ist fest mit einem Spannteil 4 des Linearaktors 1 verbunden. Das Spannteil 4 ist zugleich relativ zu dem Gehäuse 3 verschiebbar gelagert. Auch die zweite Lagerstelle 24 ist hierbei in Form einer radialen Lagerung ausgestaltet und dient im Betriebszustand als Verbindungsstelle mit dem Spannhebel 18, wobei eine Rotation / Verdrehung des Spannteils 4 gegenüber dem Spannhebel 18 im Betrieb zugelassen ist.
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Im Weiteren, wie dann besonders gut in den jeweiligen Detailansichten gemäß der 2 und 3 bzw. 11 zu erkennen ist, weist der Linearaktor 1 in den beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen stets auch einen Abstützabschnitt 5 auf, gegenüber dem das Spannteil 4 federelastisch und schwingungsgedämpft abgestützt ist. Zwischen dem Abstützabschnitt 5 und dem Spannteil 4 ist ein Dichtring einbringbar. Gegen gröberen Schmutz kann auch eine Hülse zwischen dem Spannteil 4 und dem Gehäuse 3 eingesetzt werden. Hier ist insbesondere eine Kunststoffkappe hilfreich. Der Abstützabschnitt 5 ist dabei separat von dem Gehäuse 3 ausgestaltet und in zumindest einer Verstellrichtung, nämlich zwei zueinander entgegengesetzten Verstellrichtungen mittels einer Motor-Getriebe-Einheit 6 relativ zu dem Gehäuse 3 verstellbar. Ab einer bestimmten Betriebsstellung gelangt der Abstützabschnitt 5 in Anschlag / in Anlage mit dem Spannteil 4. Dann ist ein besonders vorteilhaftes Verhalten die Folge, insbesondere dann, wenn sehr hohe Kräfte gefordert werden bzw. Vorspannkräfte aufgebracht werden müssen, etwa im Start-Stopp- oder Boost-Betrieb. Dadurch wird das Verhalten einer starren Rolle nachgestellt. Trotzdem ist ein Vorteil beimAuftreten von Schwingungen erreicht, so dass bei sogenannten Null-Kräften eine Nachspannen aufgrund des Wiedereingreifens der Feder 14 in den Spannvorgang ermöglicht wird. Um einen Metall-auf-Metallkontakt zwischen dem Abstützabschnitt 5 und dem Spannteil 4, im auf-Block-gefahrenen Zustand zu vermeiden, ist das Zwischenschalten eines Dämpfungszwischenbauteils, etwa eines Gummi- und/oder Kunststoffbauteils, etwa in Ring- oder Scheibenform, besonders vorteilhaft.
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Wie weiterhin besonders gut zunächst in der ersten Ausführungsform nach den 2 bis 9 zu erkennen, ist die Motor-Getriebe-Einheit 6 größtenteils im Gehäuse 3, das sich länglich erstreckt, aufgenommen. Der Motor 7 der Motor-Getriebe-Einheit 6 ist als ein Elektromotor ausgestaltet und weist eine Antriebswelle 25 auf. Der Motor 7 ist in dieser ersten Ausführungsform in Reihe zu dem Getriebe 8 der Motor-Getriebe-Einheit 6 angeordnet und ausgerichtet, so dass die Antriebswelle 25 des Elektromotors 7 koaxial zu einem zentralen Antriebselement 10 (bzw. zu der Drehachse dieses Antriebselementes 10) des Getriebes 8 angeordnet ist. Die Antriebswelle 25 ist drehfest mit dem Antriebselement 10 verbunden.
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Das Getriebe 8 der Motor-Getriebe-Einheit 6 ist als Planetenwälzgetriebe ausgestaltet und nachfolgend deshalb auch als Planetenwälzgetriebe 8 bezeichnet. Das Planetenwälzgetriebe 8 weist neben dem Antriebselement 10, das im Wesentlichen als Sonne ausgestaltet ist, mindestens drei entlang des Umfangs um das Antriebselement 10 herum verteilt angeordnete Planetenspindelräder 27 auf, die jeweils mit dem Antriebselement 10 in Eingriff sind. Die Planetenspindelräder 27 weisen auf der Außenseite ein, eine Rillen beinhaltendes Profil auf. Die Rillen haben keine Steigung, verlaufen also in einer Transversalebene. Die Planetenspindelräder 27 können natürlich auch ein Gewinde auf der Außenseite aufweisen, wie es aus dem Stand der Technik bei einigen besonderen Anwendungen bekannt ist. Das Gehäuse 3 ist zweiteilig ausgestaltet, was die Montage erleichtert.
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Wiederum mit den Planetenspindelrädern 27 sind zwei Gewindehülsen 9a und 9b in Eingriff und insbesondere in axialer Richtung der Drehachse des Antriebselementes 10 verschieblich.
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Das Planetenwälzgetriebe 8 ist als ein Spindeltrieb 11 ausgebildet. Insbesondere ist dieser Spindeltrieb 11 mittels der ineinander greifenden Profile der mindestens drei Planetenspindelräder 27 und des Antriebselementes 10 umgesetzt. Das Antriebselementes 10 ist als Spindelstange 26 derart ausgeformt und greift derart in die Planetenspindelräder 27 ein, dass bei einer rotativen Bewegung des Antriebselementes 10 / der Spindelstange 26 die Planetenspindelräder 27 in axialer Richtung des Getriebes 8 / des Antriebselementes 10, relativ zu dem Antriebselement 10 verschoben werden. Mit den Planetenspindelrädern 27 sind zwei Gewindehülsen 9a und 9b in axialer Richtung fest verbunden. Die beiden Gewindehülsen 9a und 9b sind mittels eines Innengewindes mit den Planetenspindelrädern 27 in Eingriff und somit verschiebefest mit diesen verbunden. Folglich bewirkt das axiale Verschieben der Planetenspindelräder 27 auch ein Verschieben der Gewindehülsen 9a und 9b in der gleichen axialen Richtung. In Abhängigkeit der Drehrichtung der Antriebswelle 25 des Elektromotors wird daher insbesondere die aus dem Gehäuse 3 hinausragende erste Gewindehülse 9a aus dem Gehäuse 3 hinausgeschoben oder wieder in das Gehäuse 3 hineingezogen.
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Wiederum fest mit der Gewindehülse 9a ist der Abstützabschnitt 5 verbunden, welcher Abstützabschnitt 5 im Wesentlichen als ein topfförmiges Bauteil ausgebildet ist. Auch dieser Abstützabschnitt 5 erstreckt sich im Wesentlichen in Längsrichtung koaxial zur Drehachse des Antriebselementes 10 / der Spindelstange 26. Auf einer der ersten Gewindehülse 9a abgewandten Seite weist der Abstützabschnitt 5 einen Führungsbolzen / Führungskolben 13 auf, der zur Schwingungsdämpfung in einen mit dem Spannteil 4 bewegungsgekoppelten Hülsenbereich, nämlich in eine Dämpfungshülse 12, eingeschoben ist. Der Führungskolben 13 ragt dabei derart in die Dämpfungshülse 12 hinein, dass diese eine abgeschlossene Druckkammer 28 ausbilden / einschließen. Die Druckkammer ist mit einem Hydraulikmittel gefüllt, wodurch der Führungskolben 13 gegenüber der Dämpfungshülse 12 schwingungsgedämpft, nämlich hydraulisch gedämpft ist. Die Spannvorrichtung ist somit als eine hydraulische Spannvorrichtung ausgebildet. Alternativ zu einem Hydraulikmittel, ist es jedoch auch möglich, ein pneumatisches Mittel, etwa Luft, in diese Druckkammer 28 einzufüllen, wonach der Führungskolben 13 gegenüber der Dämpfungshülse 12 dann pneumatisch gedämpft wäre und die Spannvorrichtung als eine pneumatische Spannvorrichtung ausgebildet wäre. Das Hydraulikmittel sorgt in dieser Ausführung, in Abhängigkeit seines Druckes, für eine Schwingungsdämpfung des Spannteils 4 gegenüber dem Abstützabschnitt 5 und somit auch gegenüber dem Gehäuse 3 in den jeweiligen Stellpositionen des Getriebes 8 bzw. des Abstützabschnittes 5.
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Weiterhin ist das Spannteil 4 auch gegenüber dem Abstützabschnitt 5 federelastisch mittels einer Feder 14 abgestützt. Die Feder 14 ist als eine Schraubenfeder ausgestaltet. Mit einem ersten Stützbereich 15, der auch als Federfußpunkt 17 bezeichnet ist und durch ein erstes axiales Ende der Feder 14 gebildet ist, liegt diese Feder 14 an dem Abstützabschnitt 5 unmittelbar an. Mit einem weiteren zweiten Stützbereich 16, der an einem, dem ersten Stützbereich 15 abgewandten, zweiten axialen Ende der Feder 14 ausgebildet ist, liegt die Feder 14 unmittelbar an dem Spannteil 4 an. Dadurch ist das Spannteil 4 gegenüber dem Abstützabschnitt 5 federelastisch vorgespannt. Bei einer Verschiebung des Abstützabschnittes 5 in einer ersten Verstellrichtung (etwa aus dem Gehäuse 3 hinaus), die koaxial zu der Längsachse der Spindelstange 26 verläuft, wird somit bei einer zunehmenden Anpresskraft des Spannteils 4 im Betrieb sowohl die Federkraft als auch die Dämpfungskraft erhöht. Bei einem Einfahren des Abstützabschnittes 5 in einer zweiten Verstellrichtung, die entgegengesetzt der ersten Verstellrichtung ist, kommt es zu einem Reduzieren der Feder- und Dämpfungskraft.
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Wie weiterhin besonders gut in den 4 und 5 zu erkennen ist, weist die erste Gewindehülse 9a an ihrer Außenumfangsseite in axialer Richtung verlaufende Führungsvorsprünge 29 auf, die in korrespondierende Führungsnuten 30 an der Innenumfangsseite des Gehäuses 3 eingreifen. Damit kommt es bei einem Antrieb durch die Spindelstange 26 zu einer sicheren Führung der Gewindehülse 9a in axialer Richtung. Wie weiterhin besonders gut auch in Verbindung mit 6 zu erkennen ist, sind die einzelnen Planetenspindelräder 27 mittels eines Planetenträgers 31 radial gehalten.
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Wie dann auch besonders gut in Verbindung mit den 7 und 8 zu erkennen ist, sind die beiden mittels der Planetenspindelräder 27 im Wesentlichen bewegungsgekoppelten Gewindehülsen 9a und 9b durch einen Abstandsring 32 voneinander räumlich getrennt, jedoch stets vorzugsweise im gleichen Abstand zueinander angeordnet.
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In den 10 bis 13 ist dann die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearaktors 1 abgebildet, welche zweite Ausführungsform jedoch im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Der Linearaktor 1 kann eine zweite oder weitere Getriebestufe(n) aufweisen, umfassend etwa einen Riementrieb zwischen einem Motor und einer Planetenwälzgewi ndespi ndel.
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Es wird daher lediglich nachfolgend auf die Unterschiede dieser beiden Ausführungsformen eingegangen. Im Gegensatz zu dem Linearaktor 1 der ersten Ausführungsform, ist, wie besonders gut in Verbindung mit den 10 und 11 zu erkennen, der Linearaktor 1 der zweiten Ausführungsform hinsichtlich seines Gehäuses 3 etwas anders ausgestaltet. Das Gehäuse 3 erstreckt sich im Wesentlichen U-förmig und weist eine etwas anders angeordnete Motor-Getriebe-Einheit 6 auf. Während in der ersten Ausführungsform der Motor 6, insbesondere dessen Antriebswelle 25 noch koaxial zu der Spindelstange 26 / dem Antriebselement 10 des Getriebes 8 angeordnet war, sind diese beiden Elemente nun parallel, in radialer Richtung der Spindelstange 26 beabstandet, nämlich nebeneinander und somit parallel angeordnet.
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In dieser zweiten Ausführungsform, wie besonders gut in den 11 und 12 zu erkennen, sind die Antriebswelle 25 sowie die Spindelstange 26 auch nicht mehr unmittelbar, sondern mittelbar mittels eines Zahnriementriebes 33, miteinander verbunden. Ein erstes Zahnrad 34, das drehfest mit der Antriebswelle 25 verbunden ist, greift mit einer Außenverzahnung in eine Innenverzahnung des Antriebsriemens 36 ein, welcher Antriebsriemen 36 wiederum entlang seiner Erstreckung mit einem zweiten Zahnrad 35 in Eingriff ist, welches zweite Zahnrad 35 drehfest mit der Spindelstange 26 weiter verbunden ist. Somit ist mit dieser zweiten Ausführungsform eine besonders in axialer Richtung kompakte Bauweise ermöglicht.
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Wie in 13 zu erkennen ist, ist das Spannteil 4 samt der Druckkammer 28 nach außen hin über einen Faltbalg 37 abgedichtet, wobei hier der Übersichtlichkeit halber der Faltbalg 37 von dem Gehäuse 3 abgezogen ist und besonders gut die erste Gewindehülse 9a in der, in der ersten Verstellrichtung ausgefahrenen Position zu erkennen ist.
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In 14 ist dann wiederum das Vorspannungsverhalten in Abhängigkeit des Verschiebeweges gut zu erkennen. Auf der Abszisse ist hierbei der relative, axiale Verschiebeweg zwischen dem Abstützabschnitt 5 und dem Spannteil 5 aufgetragen, während auf der Ordinate die Vorspannkraft, d.h. die Spannkraft / Zugspannkraft im Zugmittel, hier dem Riemen, aufgetragen ist.
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Eine Steifigkeit einer Unterbaueinheit (durch Spannung-Weg-Kennlinie 38 dargestellt), bestehend aus Spannteil 4, Feder 14 und Abstützabschnitt 5, ist dabei derart abgestimmt, dass in einem unteren Kräftebereich 39 gemäß dem Diagramm, nämlich bei Beginn der Verstellung des Linearaktors 1, d.h. bei Zunahme der Kompression / Vorspannung der Feder 14, die Steifigkeit maßgeblich durch die Federkennlinie der Feder 14 bestimmt ist. In diesem unteren Kräftebereich 39 ist die Feder 14 stets kompressibel. Der Verlauf der Spannung-Weg-Kennlinie 38 ist in diesem unteren Kräftebereich 39 maßgeblich durch die Elastizität der Feder 14 bestimmt. In einem oberen Kräftebereich, am Ende der Verstellung des Linearaktors 1, an welchem Punkt Spannteil 4 und Abstützabschnitt 5 in Kontakt miteinander geraten, ist die Steifigkeit ausschließlich durch die Unterbaueinheit ohne der Feder 14 bestimmt. Die Spannung-Weg-Kennlinie 38 steigt mit dem weiter zunehmenden Verschiebeweg/Weg in dem oberen Kräftebereich 40 steiler an als in dem unteren Kräftebereich 39.
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Der obere Kräftebereich 40 ist somit ab de bestimmten Betriebsstellung erreicht, bei der der Abstützabschnitt 5 in Anschlag / in Anlage mit dem Spannteil 4gelangt. Die Feder 14 ist jedoch auch in diesem oberen Kräftebereich 40 kompressibel. Die Steifigkeit ergibt sich dann aus dem Gesamtsystem bestimmt durch Zugmittel 22 / Riemen, Spannrolle 19 / Rolle, Spannhebel 18/ Hebel und Spanner / Linearaktor 1, da auch das „auf Block“ gefahrene Gesamtsystem eine gewisse Elastizität aufweist. In diesem oberen Kräftebereich 40 wird das Verhalten einer starren Rolle nachgestellt. Trotzdem ist ein Vorteil beimAuftreten von Schwingungen erreicht, so dass bei sogenannten Null-Kräften eine Nachspannen aufgrund des Wiedereingreifens der Feder 14 in den Spannvorgang ermöglicht wird. Um einen Metall-auf-Metallkontakt zwischen dem Abstützabschnitt 5 und dem Spannteil 4, im auf-Block-gefahrenen Zustand zu vermeiden, ist das Zwischenschalten eines Dämpfungszwischenbauteils, etwa eines Gummi- und/oder Kunststoffbauteils, etwa in Ring- oder Scheibenform, besonders vorteilhaft.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist somit eine Anordung des Linearaktors 1 mit in Reihe geschalteten Elementen offenbart, wobei der Kolben 13 eines hydraulischen Spanners 1 mit dem linear verstellbaren Element (9a) des Planetenwälzgetriebes 8 verbunden ist. Das Planetenwälzgetriebe / die PWG-Einheit 8 selbst wird von einem Elektromotor 7 angetrieben, so dass der Versteller (Motor-Getriebe-Einheit 6) aus einem elektrischen Aktor 7 und einem Übersetzungsgetriebe 8 besteht. Für den Startvorgang, insbesondere den Kaltstart, wird die Umlenkrolle 19 in den Riementrieb 2 rein gedrückt, um eine optimale Vorspannkraft für den Start zu erreichen. Bei den hohen Kräften kann der Spanner 1 die Anschlagsposition erreichen, wodurch die Funktion einer starren Rolle im Wesentlichen zustande kommt. Durch die unidirektionale Dämpfung des Hydraulikspanners und die Federkraft, kann das System bei den Null-Kräften nachspannen. Im Dauerbetrieb ist eine Vorspannkraftänderung aufgrund der verschiedenen Betriebszustände, z.B. der Drehzahl, Volllast, Teillast, Boosten, Rekuperieren, etc. möglich. Auch ist eine parallele Anordnung des Aktors 7 offenbart. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt dann durch ein Zugmittel 36.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearaktor
- 2
- Zugmitteltrieb
- 3
- Gehäuse
- 4
- Spannteil
- 5
- Abstützabschnitt
- 6
- Motor-Getriebe-Einheit
- 7
- Motor / Elektromotor
- 8
- Getriebe / Planetenwälzgetriebe
- 9a
- erste Gewindehülse
- 9b
- zweite Gewindehülse
- 10
- Antriebselement
- 11
- Spindeltrieb
- 12
- Dämpfungshülse
- 13
- Führungskolben
- 14
- Feder
- 15
- erster Stützbereich
- 16
- zweiter Stützbereich
- 17
- Federfußpunkt
- 18
- Spannhebel
- 19
- Spannrolle
- 20
- Antriebsrad
- 21
- Abtriebsrad
- 22
- Zugmittel
- 23
- erste Lagerstelle
- 24
- zweite Lagerstelle
- 25
- Antriebswelle
- 26
- Spindelstange
- 27
- Planetenspindelrad
- 28
- Druckkammer
- 29
- Führungsvorsprung
- 30
- Führungsnut
- 31
- Planetenträger
- 32
- Abstandsring
- 33
- Zahnriementrieb
- 34
- erstes Zahnrad
- 35
- zweites Zahnrad
- 36
- Antriebsriemen
- 37
- Faltbalg
- 38
- Spannung-Weg-Kennlinie
- 39
- unterer Kräftebereich
- 40
- oberer Kräftebereich
