DE102015207391B4 - Actuator with a planetary roller screw drive (PWG) - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist ein Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die in einem ersten Längenbereich mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen, wobei die Planetenrollen achsparallel zur Spindel verlaufen und an beiden Enden in einem ersten und einem zweiten Planetenrollenträger frei drehbar um ihre eigene Längsachse gelagert sind, und die Planetenrollenträger drehfest in einer das Hohlrad umringenden Hülse abgestützt sind, und wobei zwischen Hohlrad und Hülse ein Reibelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß steht der zweite Planetenrollenträger in einem sich axial erstreckenden zweiten Längenbereich über eine Reibfläche mit dem Reibelement in Wirkverbindung.According to the invention, an actuator with a Planetenwälzgewindetrieb (PWG), in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, with a profiling of a spindle several planetary gears are engaged, which mesh in a first length range with a ring gear surrounding the ring gear, the planetary rollers axially parallel to Spindle and are freely rotatably supported at both ends in a first and a second planetary roller carrier about its own longitudinal axis, and the planetary roller carrier rotatably supported in a ring surrounding the ring gear, and wherein between the ring gear and sleeve, a friction element is arranged. According to the invention, the second planetary roller carrier is in operative connection with the friction element in an axially extending second length region via a friction surface.
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb (PWG) und findet insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges Anwendung.The invention relates to an actuator with a Planetenwälzgewindetrieb (PWG) and finds in particular for the operation of a clutch of a vehicle application.
Aktoren können die Drehbewegung eines Bauteiles in eine Axialbewegung eines weiteren Bauteiles umwandeln. Der Aktor selbst kann dabei jede Art von Linearaktor sein, z. B. PWG-Aktor (PWG = Planetenwälzgewindetrieb), hydraulischer Nehmerzylinder, etc.Actuators can convert the rotational movement of a component into an axial movement of another component. The actuator itself can be any type of linear actuator, z. B. PWG actuator (PWG = Planetenwälzgewindetrieb), hydraulic slave cylinder, etc.
Planetenwälzgewindetrieb (PWG) bzw. Planetenwälzgewindespindeltriebe sind aus einer Spindel, einer Spindelmutter und zwischen diesen über den Umfang angeordneten, in einem Planetenträger aufgenommenen Planetenwälzkörpern gebildet. Hierbei weisen die Spindel, Spindelmutter und Planetenwälzkörper Profilierungen auf, um eine Drehbewegung zwischen Spindel und Spindelmutter zu übertragen, wobei eine der Komponenten – Spindel oder Spindelmutter – drehangetrieben und die andere Komponente bei drehfester Anordnung längs der Längsachse der Spindel um einen der eingestellten Übersetzung entsprechenden Axialweg verlagert wird. Hierbei weisen die Planetenwälzkörper zwei unterschiedliche Profilabschnitte auf, die einerseits mit der Spin-del und andererseits mit der Spindelmutter kämmen, wobei die einen Profilabschnitte auf dem Planetenwälzkörper rillenförmig und die anderen Profilabschnitte auf dem Planetenwälzkörper im Regelfall rillenförmig sind und je nach Ausführungsform ein komplementärer Gewindeabschnitt auf der Spindel oder der Spindelmutter und entsprechend der Rillenabschnitt auf der anderen Komponente angeordnet ist.Planetenwälzgewindetrieb (PWG) or Planetenwälzgewindsspindeltriebe are formed from a spindle, a spindle nut and between these arranged over the circumference, recorded in a planet carrier Planetenwälzkörpern. Here, the spindle, spindle nut and Planetenwälzkörper on profiling to transmit a rotational movement between the spindle and spindle nut, wherein one of the components - spindle or spindle nut - rotatably driven and the other component in a rotationally fixed arrangement along the longitudinal axis of the spindle by one of the set translation corresponding Axialweg is relocated. In this case, the Planetenwälzkörper two different profile sections which mesh on the one hand with the spin del and the other with the spindle nut, the profile sections on the Planetenwälzkörper grooved and the other profile sections on the Planetenwälzkörper are generally grooved and depending on the embodiment, a complementary threaded portion the spindle or the spindle nut and according to the groove portion is arranged on the other component.
Aus der
Bei beispielsweise mittels eines Elektromotors angetriebenen wirkungsgradoptimierten Spindel-trieben (bspw. PWG) insbesondere in Aktoren, wie hydrostatischen Kupplungsaktoren (Hydrostatic Clutch Actuator – abgekürzt HCA), die gegen eine Last, beispielsweise eine Kupplungskennlinie arbeiten, besteht ein Problem darin, dass bei einem erforderlichen Halten einer Position ein Haltestrom und somit ein Haltemoment im E-Motor erforderlich ist, da der Spindeltrieb (z. B. bei einem PWG) nicht selbsthemmend ist. Bei einem PWG in einem HCA mit drehfester Hohlradmutter bei angetriebenen Spindel, auf der die Axialbewegung (relativ zur Spindel) abgegriffen wird, erfolgt bei einer idealen Abrollbewegung (wie in einem verzahnten Planetengetriebe/kein Schlupf) eine zusätzliche Untersetzung der Spindelsteigung, diese ist durch variieren von Spindel- und/oder Planetenrollendurchmesser in Grenzen frei wählbar. Ein entscheidender Nachteil derartiger Aktoren besteht darin, dass diese einen permanenten Haltestrom benötigen bzw. bei Stromausfall/Fehlerfall (bspw. Kabelbruch, Steckerabfall) die Position nicht gehalten werden kann. Bei einer durch den Aktor aufgedrückten Kupplung besteht dann die große die Gefahr, dass die Kupplung ungewollt schließt.In example, driven by an electric motor efficiency-optimized spindle drives (eg. PWG) in particular in actuators, such as hydrostatic clutch actuators (Hydrostatic Clutch Actuator - abbreviated HCA), working against a load, such as a clutch characteristic, there is a problem that in a required Holding a position, a holding current and thus a holding torque in the electric motor is required because the spindle drive (for example, in a PWG) is not self-locking. In a PWG in a HCA with rotatable ring gear nut with driven spindle on which the axial movement (relative to the spindle) is tapped, takes place in an ideal rolling movement (as in a toothed planetary gear / no slip) an additional reduction of the spindle pitch, this is varied by of spindle and / or planetary roller diameter within limits freely selectable. A decisive disadvantage of such actuators is that they require a permanent holding current or, in the event of a power failure / fault (eg cable break, plug drop), the position can not be maintained. If the clutch is pressed by the actuator, then there is a great danger that the clutch will close unintentionally.
Es ist weiterhin die Verwendung von Schlingfedern beispielsweise für Kupplungen bekannt. Bei einer noch nicht veröffentlichten technischen Lösung der Anmelderin wird eine Baugruppe mit einer Reibeinrichtung mit wenigstens zwei zueinander drehbaren Bauteilen, insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, bei welcher zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen eine bei einer Relativdrehung der Bauteile den Wirkungsgrad/die Reibung beeinflussende Schraubenfeder angeordnet ist. Dabei bildet die Schraubenfeder zumindest bereichsweise eine Schlingfeder, die eine einfache Schlingfeder, eine Doppelschlingfeder oder eine Schling-Torsionsfeder sein kann. Die hier beschriebene Doppelschlingfeder besitzt zwei Wirkbereiche, die axial hintereinander angeordnet sind.It is also known the use of wrap springs, for example for clutches. In a not yet published technical solution of the applicant, an assembly with a friction device with at least two mutually rotatable components, in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, proposed in which between the relatively rotatable components at a relative rotation of the components, the efficiency / the friction influencing coil spring is arranged. At least partially, the helical spring forms a wrap spring, which may be a simple wrap spring, a double wrap spring or a loop torsion spring. The double-loop spring described here has two effective regions, which are arranged axially one behind the other.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung umfasst, dass die Schlingfeder von einer PWG-Hülse umgeben wird und jeweils eine Reibfläche zu dieser Hülse und zum Hohlrad des PWG aufweist. Funktionsbedingt sind sowohl Hohlrad als auch Hülse aus Stahl ausgeführt. Aufgrund der Reibpaarung Stahl-Stahl für die Reibstellen mit hohem Reibmoment ist, auch in Verbindung mit einem Schmierstoff, mit „Fressen” (Kaltverschweißungen) und somit mit erhöhtem Verschleiß und Abrieb zu rechnen, was zu Funktionseinbußen bis hin zum Versagen der Baugruppe führen kann.The solution known from the prior art comprises that the wrap spring is surrounded by a PWG sleeve and in each case has a friction surface to this sleeve and the ring gear of the PWG. Due to the function of both ring gear and sleeve are made of steel. Due to the friction combination steel-steel for the friction points with high friction torque, even in combination with a lubricant, "scuffing" (cold welding) and thus increased wear and abrasion can be expected, which can lead to loss of function up to failure of the module.
Aufgabe ist es, die beschriebenen Nachteile durch eine geeignete Reibpaarung und Funktionsintegration zu umgehen.Task is to avoid the disadvantages described by a suitable friction pairing and functional integration.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.This object is achieved with the characterizing features of the first claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die in einem ersten Längenbereich mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen. Die Planetenrollen verlaufen achsparallel zur Spindel und sind an beiden Enden in einem ersten und einem zweiten Planetenrollenträger frei drehbar um ihre eigene Längsachse gelagert. Die Planetenrollenträger sind in einer das Hohlrad umringenden Hülse drehfest zur Hülse abgestützt, wobei zwischen Hohlrad und Hülse ein Reibelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß steht der zweite Planetenrollenträger in einem zweiten sich axial erstreckenden Längenbereich über eine Reibfläche mit dem Reibelement in Wirkverbindung. The invention relates to an actuator with a Planetenwälzgewindetrieb (PWG), in particular for the operation of a clutch of a vehicle, with a profiling of a spindle a plurality of planetary gears are engaged, which mesh in a first length range with a ring gear surrounding the planetary. The planetary rollers are axially parallel to the spindle and are mounted at both ends in a first and a second planetary roller carrier freely rotatable about its own longitudinal axis. The planetary roller carrier are rotatably supported in a ring surrounding the ring sleeve to the sleeve, wherein between the ring gear and sleeve, a friction element is arranged. According to the invention, the second planetary roller carrier is in operative connection with the friction element in a second, axially extending longitudinal region via a friction surface.
Dabei weist der zweite Planetenrollenträger einen sich axial erstreckenden Bereich auf, der im Bereich der Reibfläche zumindest teilweise von der Hülse umschlossen ist. Der zweite Planetenrollenträger weist an seinem Außendurchmesser bevorzugt eine Zentrierfläche zur Hülse auf, über welche er mit dem Innendurchmesser der Hülse zumindest teilweise in Wirkverbindung steht. Hierdurch wird vorteilhafterweise die radiale Steifigkeit erhöht.In this case, the second planetary roller carrier on an axially extending portion which is at least partially enclosed in the region of the friction surface of the sleeve. The second planetary roller carrier has at its outer diameter preferably a centering surface to the sleeve, via which it is at least partially in operative connection with the inner diameter of the sleeve. As a result, the radial stiffness is advantageously increased.
Alternativ sind die Hülse und der zweite Planetenrollenträger einteilig ausgebildet.Alternatively, the sleeve and the second planetary roller carrier are integrally formed.
Das Reibelement ist insbesondere eine Schlingfeder, bevorzugt eine Doppelschlingfeder. Die Schlingfeder dient insbesondere der drehrichtungsabhängigen Wirkungsgradbeeinflussung.The friction element is in particular a wrap spring, preferably a double wrap spring. The wrap serves in particular the direction of rotation-dependent efficiency influencing.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenrollenträger aus einem Gleitlagerwerkstoff, bevorzugt aus Kunststoff, gefertigt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Massenträgheit der rotierenden Teile gering gehalten.In a preferred embodiment, the second planetary roller carrier is made of a sliding bearing material, preferably made of plastic. As a result, the inertia of the rotating parts is advantageously kept low.
Um das Verschleißverhalten des zweiten Planetenrollenträgers zur Schlingfeder zu verbessern und eine Mangelschmierung zu vermeiden, weist der zweite Planetenrollenträger wenigstens einen Festschmierstoff auf. Vorteilhafterweise wird dadurch auch das Verschleißverhalten zu den Planetenrollen verbessert.In order to improve the wear behavior of the second planetary roller carrier to the wrap spring and to avoid a lack of lubrication, the second planetary roller carrier at least one solid lubricant. Advantageously, this also improves the wear behavior of the planetary rollers.
Zur axialen Abstützung in der Hülse weist der zweite Planetenrollenträger wenigstens einen Anschlag auf. Zusätzlich kann der zweite Planetenrollenträger stirnseitig mit einem Axial-Sicherungsblech axial festgelegt sein. Die geringe bzw. selten auftretende Axialkraft in Gegenrichtung zur Hauptkraftrichtung wird stirnseitig von den Planetenrollenträgern in dieses axiale Sicherungsblech eingeleitet. Das Axialsicherungsblech ist bevorzugt metallisch.For axial support in the sleeve, the second planetary roller support at least one stop. In addition, the second planetary roller carrier can be axially fixed to the front side with an axial locking plate. The small or rarely occurring axial force in the opposite direction to the main force direction is introduced from the front side of the planetary roller carriers in this axial locking plate. The axial securing plate is preferably metallic.
Der zweite Planetenrollenträger weist Lagerstellen zur Positionierung der Planetenrollen in Umfangsrichtung um die Spindel auf, welche die Positionierung der Planeten in Umfangsrichtung um die Spindel gewährleisten.The second planetary roller carrier has bearings for positioning the planetary rollers in the circumferential direction about the spindle, which ensure the positioning of the planets in the circumferential direction about the spindle.
Vorteilhafterweise sind im System die Reibkontakte mittels Fett oder einem vergleichbaren Schmierstoff geschmiert.Advantageously, the friction contacts in the system are lubricated by means of grease or a comparable lubricant.
Die Erfindung wird nachfolgend an eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment and associated drawings, without being restricted to these.
Dabei zeigen:Showing:
In
In dem Planetenwälzgewindetrieb nach dem Stand der Technik, wie in
Dahingegen ist in
Da der zweite Planetenrollenträger
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Spindelspindle
- 22
- Planetenrolleplanetary roller
- 33
- Hohlradring gear
- 44
- erster Planetenrollenträgerfirst planetary roller carrier
- 55
- zweiter Planetenrollenträgersecond planetary roller carrier
- 66
- Hülseshell
- 77
- Reibelement/SchlingfederFriction / wrap
- 8.18.1
- Reibfläche (Stand der Technik)Friction surface (prior art)
- 8.28.2
- Reibflächefriction surface
- 99
- Axialanschlagaxial stop
- 1010
- Lagerstelledepository
- 1111
- Axial-SicherungsblechAxial locking plate
- 1212
- Erhebung/DrehabstützungCollection / pivot support
- 1313
- Zentrierflächecentering
- L1 L 1
- erster Längenbereichfirst length range
- L2 L 2
- zweiter Längenbereichsecond length range
- AA
- Längsachselongitudinal axis
Claims (8)
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