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Die Erfindung betrifft einen Aktor mit Planetenwälzgewindetrieb (PWG) nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und findet insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges Anwendung.
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Planetenwälzgewindetriebe (PWG) (auch bezeichnet als Planetenwälzgewindespindeltriebe oder Planetenwälzgewindespindeln) sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in
DD 0 277 308 A5 beschrieben. Aus der Druckschrift
DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise ein Planetenwälzgewindetrieb bekannt, der in einem Hydrostataktor in Form eines hydrostatischer Kupplungsaktors enthalten ist, um eine mittels eines Elektromotors erzeugte Drehbewegung in eine Axialbewegung umzuwandeln. Ein Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel, und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter, und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planeten, die am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind, ist aus der Druckschrift
DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Bei dieser Lösung ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen, wobei die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und wobei die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefedertes Federelement aufweist. Die Mutter übernimmt zwei Funktionen: einerseits ist sie Getriebeteil und andererseits ist sie Teil der Vorspanneinrichtung.
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Den dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist es gemein, dass ein Hohlrad-Wälzlager zur Aufnahme einer einseitigen Axialkraft angeordnet ist, oder, dass eine Axialkraftaufnahme in beide Richtungen mit zwei Wälzlagern erfolgt. Nachteilig dabei ist, dass bei Verwendung nur eines Hohlrad-Wälzlagers lediglich eine Axialkraft aus einer Richtung abgestützt werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb zu entwickeln, mit welchem Axialkräfte in beiden Richtungen mit gutem Wirkungsgrad aufgenommen werden können.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Aktor mit einer Planetenwälzgewindetrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad kämmen, wobei die Planetenrollen an beiden Enden in einem Planetenrollenträger positioniert sind, und die Planetenrollenträger drehfest in einer, das Hohlrad umringenden Hülse abgestützt sind und wobei das Hohlrad erfindungsgemäß über wenigstens ein Hohlradlager abgestützt ist, welches in Richtung des Betätigungshubes und dazu entgegengesetzt Axialkräfte aufnimmt.
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Vorzugsweise sind die Hülse und die darin abgestützten Planetenrollenträger axial festgelegt und mit einem Rotor eines Antriebes drehfest verbunden, wobei die Spindel drehfest in Bezug auf ein statorseitiges Gehäuse des Antriebes abgestützt ist und die Spindel bei Rotation des Rotors und der in der Hülse abgestützten Planetenrollenträger einen axialen Betätigungshub vollführt.
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(Alternativ kann auch die Spindel axial festgelegt sein, so dass bei Rotation der Spindel, die durch den Rotor angetrieben wird, die Planeten und damit das Hohlrad, die Planetenrollenträger und die Hülse einen axialen Hub vollführen – diese Variante wird nicht weiter beschrieben).
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Bei einem PWG mit drehfester axial betätigbarer Spindel erfolgt die Lagerung des Hohlrades bevorzugt über genau ein Hohlradlager in Form eines Wälzlagers, welches als Rillenkugellager oder als Vierpunktlager ausgebildet ist und vorteilhafter Weise in beide Richtungen wirkende Axialkräfte sowie auch radiale Kräfte aufnehmen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Hülse wenigstens eine erste Lagerlaufbahn und das Hohlrad wenigstens eine zweite Lagerlaufbahn zur Aufnahme des wenigstens einen Rillenkugellagers.
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Alternativ enthält die Hülse wenigstens eine Lagerlaufbahn und/oder wenigstens einen Halblagerring zur Aufnahme des wenigstens einen Vierpunktlagers und das das Hohlrad wenigstens eine zweite Lagerlaufbahn zur Aufnahme des wenigstens einen Vierpunktlagers.
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Bevorzugt ist die Hülse radial über wenigstens ein Hauptlager im Stator abgestützt. Dabei ist insbesondere der Lagerinnenring des Hauptlagers zwischen Hülse und Stator und damit zwischen Rotor und Stator funktional in die Hülse integriert ist.
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Insbesondere enthält die Hülse eine Lagerlaufbahn, vorzugsweise integral, zur Aufnahme des Hauptlagers.
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Beidseitig der Lagerlaufbahn können in der Hülse zur Aufnahme des Hauptlagers Kontaktflächen für Lagerdichtscheiben ausgebildet sein.
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Das das Hohlrad axial und radial abstützenden Hohlradlager in Form des Rillenkugellagers oder des Vierpunktlagers ist in axialer Richtung im Bereich des Hauptlagers angeordnet, wobei es in einer Ebene senkrecht zur Längsachse das Hauptlager zumindest bereichsweise überlappt und sich radial innerhalb des Hauptlagers befindet. Das Hauptlager und das Hohlradlager sind somit radial verschachtelt zueinander angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass die Hülse an ihrem das Rillenkugellager oder das Vierpunktlager und das Hauptlager aufnehmenden Bereich einen größeren und somit robusteren und tragfähigeren Querschnitt aufweist, als in dem sich axial anschließenden Bereichen, wodurch der sich an das Rillenkugellager oder Vierpunktlager und das Hauptlager anschließende Bereich der Hülse dünnwandiger und somit leichter gestaltet werden kann, wodurch das Trägheitsmoment geringer wird. Diese dünnwandigere Gestaltung der Hülse ist möglich, da in dem sich an das Rillenkugellager oder Vierpunktlager und Hauptlager anschließenden Bereich der Hülse durch diese nur noch Drehmomente übertragen werden müssen.
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Zwischen dem Außendurchmesser des Hohlrades und dem Innendurchmesser der Hülse kann zumindest bereichsweise ein Reibelement angeordnet werden, wobei der das Reibelement aufnehmende Außendurchmesser des Hohlrades kleiner gestaltet werden kann als der Außendurchmesser im Bereich des Rillenkugellagers oder als Vierpunktlagers. Dieses Reibelement dient insbesondere der drehrichtungsabhängigen Wirkungsgradbeeinflussung.
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Die Hülse wird beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung in Form von Schleifen oder Fräsen oder Drehen oder einer Kombination der vorgenannten Bearbeitungsvorgänge gefertigt. Alternativ kann die Hülse durch eine spanlose Bearbeitung, wie beispielsweise ein elektrochemisches Verfahren, hergestellt werden.
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Die Hülse ist bevorzugt als Kunststoff-Reibhülse ausgebildet.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung können mit nur einem Holradlager Axialkräfte des PWG in beide Betätigungsrichtungen mit gutem Wirkungsgrad aufgenommen werden. Dank der Funktionsintegration wird ebenfalls sowohl der Bauraumbedarf, als auch die Menge der Einzelteile reduziert sowie der Fertigungs- und Montageaufwand erheblich verringert.
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Die Erfindung wird nachfolgend an eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
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1 den Längsschnitt eines PWG nach dem Stand der Technik,
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2 den Längsschnitt des PWG eines erfindungsgemäßen Aktors mit Rillenkugellager,
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3 den Längsschnitt des PWG eines erfindungsgemäßen Aktors mit Vierpunktlager.
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1 zeigt den Längsschnitt eines Planetenwälzgewindetriebes nach dem Stand der Technik. Mit einer Spindel 2 stehen mehrere Planetenrollen 3 in Eingriff, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad 4 kämmen. Die Planetenrollen 3 sind an beiden Enden in einem Planetenrollenträger 5 positioniert, welcher drehfest in einer das Hohlrad 4 umringenden Hülse 6 abgestützt sind. Die Hülse 6 und die darin abgestützten Planetenrollenträger 5 sind axial festgelegt und über die Hülse 6 mit einem nicht dargestellten Rotor eines Antriebes drehfest verbunden. Die Hülse 6 ist über ein Hauptlager 8 drehbar gelagert, wobei eine innere Lagerlaufbahn 8.1 für das Hauptlager 8 in der Hülse 6 enthalten ist. Der Lageraußenring 8.2 des Hauptlagers 8 weist einen radial nach außen weisenden Flansch 8.3 zum axialen und drehfesten Abstützen am nicht dargestellten statorseitigen Gehäuse auf. Die axiale Lagerung der Planetenrollenträger 5 erfolgt über ein Axiallager 9, welches an dem Ende der Hülse, welches dem Hauptlager gegenüber liegt, zwischen der Hülse und dem Hohlrad angeordnet ist und lediglich die Axialkräfte in (Haupt-)Betätigungsrichtung (dargestellt durch den gestrichelten Pfeil) des Aktors aufnehmen kann. In die Hülse 6 ist dabei an deren Ende, welches dem Hauptlager abgewandt ist, eine Lagerlaufbahn 9.1 integriert.
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Die 2 und 3 zeigen den Längsschnitt des PWG eines erfindungsgemäßen Aktors. Mit einer Spindel 2 stehen mehrere Planetenrollen 3 in Eingriff, die mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad 4 kämmen. Die Planetenrollen 3 sind an beiden Enden in einem Planetenrollenträger 5 positioniert, welcher drehfest in einer das Hohlrad 4 umringenden Hülse 6 abgestützt sind. Die Hülse 6 und die darin drehfest abgestützten Planetenrollenträger 5 sind axial festgelegt und mit einem nicht dargestellten Rotor eines Antriebes drehfest verbunden. Die Hülse 6 ist über ein Hauptlager 8 drehbar gelagert wobei eine innere Lagerlaufbahn 8.1 für das Hauptlager 8 in der Hülse 6 enthalten ist. Der Lageraußenring 8.2 des Hauptlagers 8 weist einen radial nach außen weisenden Flansch 8.3 zum axialen und drehfesten Abstützen am nicht dargestellten statorseitigen Gehäuse auf.
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Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die axiale und radiale Abstützung des Hohlrades 4 über ein Hohlradlager in Form eines Rillenkugellagers 10. Das Rillenkugellager 10 ist radial innen zum Hauptlager 8 angeordnet und das Rillenkugellager 10 sowie das Hauptlager 8 liegen axial (in Richtung zur Längsachse A des PWG) in etwa auf einer Höhe.
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Die Hülse 6 weist an ihrem in Richtung zum Hauptlager 8 weisenden Ende wenigstens eine erste Lagerlaufbahn 10.1 und dass das Hohlrad 4 an seinem in Richtung zum Hauptlager weisenden Ende wenigstens eine zweite Lagerlaufbahn 10.2 zur Lagerung der nicht bezeichneten Wälzkörper des Rillenkugellagers 10 auf.
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An dem, dem Rillenkugellager 10 gegenüberliegenden Ende des Hohlrades 4 steht das Hohlrad 4 über ein Reibelement in Form einer Schlingfeder 7 mit der Hülse 6 in Wirkverbindung. Diese Schlingfeder 7 dient insbesondere der drehrichtungsabhängigen Wirkungsgradbeeinflussung.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform entspricht der konstruktive Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau in 1, bis auf den Unterschied, dass das zwischen dem Hohlrad 4 und der Hülse 6 angeordnete Axiallager in Form eines Vierpunktlagers 11 ausgebildet ist, wobei das Vierpunktlager 11 radial außen eine erste Lagerlaufbahn 11.1 in der Hülse 6 sowie einen Halblagerring 11.2 aufweist und somit die erste Lagerlaufbahn 11.1 Bestandteil der Hülse 6 ist. Radial innen weist das Vierpunktlager 11 eine zweite Lagerlaufbahn 11.3 auf, die am Außenumfang des Hohlrades 4 ausgebildet ist. Die nicht bezeichneten Wälzkörper des Vierpunktlagers 11 werden somit zwischen der ersten Lagerlaufbahn 11.1, dem Halblagerring 11.2 und der zweiten Lagerlaufbahn 11.3 des Hohlrades 4 gelagert.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Hohlradlagers, welches neben axialen Kräften (in beide axialen Richtungen) auch radiale Kräfte aufnehmen kann, als Rillenkugellager oder Vierpunktlager, können sowohl in die Hauptbetätigungsrichtung des Aktors als auch dazu entgegengesetzt Axialkräfte aufgenommen bzw. übertragen werden und auch radiale Kräfte aufgenommen werden.
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Besonders vorteilhaft ist auf die Anordnung des Hohlrad-Axiallagers und somit des Rillenkugellagers 10 oder Vierpunktlager 11 axial im Bereich des äußeren Hauptlagers 8, besonders bevorzugt radial verschachtelt, d.h. das Rillenkugellager 10 oder das Vierpunktlager 11 befinden sich radial innerhalb des äußeren Hauptlagers 8 Hierdurch kann dieser Bereich der Hülse 6, der sowohl das Hauptlager 8 als auch das Rillenkugellager 10 oder Vierpunktlager 11 aufnimmt, axial im Bereich des äußeren Hauptlagers 8 besonders robust ausgelegt werden, wobei der übrige sich axial anschließende Bereich der Hülse 6 leichter und dünner gestaltet werden kann. Durch diesen gewonnenen radialen Bauraum kann besonders vorteilhaft ein Reibelement in Form der Schlingfeder 7 und eine Kunststoffreibhülse (Hülse 6 aus Kunststoff) vorgesehen werden.
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Bei Betätigung des nicht dargestellten Rotors, der mit der Hülse 6 drehfest verbunden ist, rotiert die im Hauptlager 8 drehbar aufgenommene Hülse 6 und mit dieser die Planetenrollenträger 5 sowie das Hohlrad 4 und die Planeten 3. Dadurch wird die Spindel 2, die drehfest aber axial beweglich zum nicht dargestellten Gehäuse aufgenommen ist, in die (Haupt-)Betätigungsrichtung des Aktors bewegt, die durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist. Der Aktor betätigt durch diese Hubbewegung beispielsweise die Kupplung eines Fahrzeuges. Die auf das Hohlrad 4 auftretenden Axialkräfte sowie wirkende Radialkräfte werden von dem Rillenkugellager 10 gem. 2 oder dem Vierpunktlager 11 gemäß 3 aufgenommen. Zur Realisierung einer Rückhubbewegung rotiert der nicht dargestellte Rotor und damit die Hülse 6 gegensinnig, wodurch die Spindel 2 eine Axialbewegung in der entgegengesetzten Richtung vollführt (entgegen des gestrichelten Pfeiles) und die dadurch wirkende Axialkräfte und ggf. wirkende Radiale Kräfte ebenfalls von dem Rillenkugellager 10 (2) oder Vierpunktlager 11 (3) ebenfalls aufgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- PWG-Baugruppe
- 2
- Spindel
- 3
- Planetenrollen
- 4
- Hohlrad
- 5
- Planetenrollenträger
- 6
- Hülse
- 7
- Reibelement/Schlingfeder
- 8
- Hauptlager
- 8.1
- Lagerlaufbahn für Hauptlager
- 8.2
- Lageraußenring des Hauptlagers
- 8.3
- Flansch
- 9
- Axiallager (im Stand der Technik)
- 9.1
- Lagerlaufbahn für Axiallager (im Stand der Technik)
- 10
- Rillenkugellager
- 10.1
- erste Lagerlaufbahn für Rillenkugellager
- 10.2
- zweite Lagerlaufbahn für Rillenkugellager
- 11
- Vierpunktlager
- 11.1
- erste Lagerlaufbahn für Vierpunktlager
- 11.2
- Halblagerring für Vierpunktlager
- 11.3
- zweite Lagerlaufbahn für Vierpunktlager
- A
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DD 0277308 A5 [0002]
- DE 102010047800 A1 [0002]
- DE 102010011820 A1 [0002]
