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Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb (PWG) nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und findet insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges Anwendung.
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Aktoren können die Drehbewegung eines Bauteiles in eine Axialbewegung eines weiteren Bauteiles umwandeln. Der Aktor selbst kann dabei jede Art von Linearaktor, z.B. PWG-Aktor (PWG = Planetenwälzgewindetrieb), hydraulischer Nehmerzylinder, etc. sein.
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Planetenwälzgewindetrieb (PWG) bzw. Planetenwälzgewindespindeltriebe sind aus einer Spindel, einer Spindelmutter oder Hohlrad und zwischen diesen über den Umfang angeordneten, in einem Planetenrollenträger aufgenommenen Planetenrollen 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 Spindel und andererseits mit dem Hohlrad 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.
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Aus der
EP 320 621 A1 ist beispielsweise ein PWG bekannt, bei dem die Spindel ein Gewinde und die Spindelmutter Rillen aufweist, auf denen jeweils Planetenwälzkörper mittels entsprechend komplementär ausgebildeter Profilabschnitte abwälzen. Hierbei wird die axial fest gelagerte und beispielsweise von einem Elektromotor drehangetriebene Spindel gegenüber der drehfest angeordneten Spindelmutter verdreht, so dass die Spindelmutter zwangsweise und durch die reibschlüssige Abwälzung der Planetenkörper in den Rillen der Spindelmutter axial verlagert wird. Hierbei ergibt sich über den Axialweg der Spindelmutter eine von der Last abhängige Axialbewegung.
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In einer noch nicht veröffentlichen Druckschrift wird Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges beschrieben, wobei eine zentrische eine Steigung aufweisende Spindel mit einem Rotor eines Antriebes drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse antreibbar ist und mehrere Planetenrollen mit der Spindel in Eingriff stehen. Der PWG weist ein die Planetenrollen umringendes Hohlrad auf, das Rillen in Umfangsrichtung aufweist, in dem die Planetenrollen kämmen, wobei die Planetenrollen an beiden Enden in einem Planetenrollenträger positioniert sind und die Planetenrollenträger erfindungsgemäß an beiden Enden drehfest abgestützt sind. Das in dem PWG verwendete Hohlrad verfügt über mehrere Rillen in unterschiedlichen Bereichen des Hohlrades in denen die Planetenrollen abgestützt werden. Hierfür ist ein entsprechender axialer Aufbau notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindetrieb (PWG) zu entwickeln, der einen einfachen konstruktiven Ausbau bei einem geringen axialen und radialen Bauraumbedarf aufweist.
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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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Der Aktor weist ein Planetenwälzgewindetrieb (PWG) auf und wird insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt, wozu mit einer Profilierung einer Spindel mehrere Planetenrollen in Eingriff stehen und die Planetenrollen achsparallel zu einer Längsachse der Spindel verlaufen und an beiden Enden in einem ersten und einem zweiten Planetenrollenträger frei drehbar um ihre eigene Längsachse gelagert sind und wobei die Planetenrollen mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad in Wirkverbindung stehen und erfindungsgemäß jede Planetenrolle über nur eine Kontaktstelle mit dem Hohlrad in Wirkverbindung steht.
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Dabei ist die Kontaktstelle zwischen jeder Planetenrolle und dem Hohlrad im Wesentlichen sichelförmig ausgebildet.
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Die Kontaktstelle ist jeweils zwischen einer ersten Kontaktfläche des Hohlrades und zwischen einer zweiten Kontaktfläche der Planetenrolle ausgebildet, wobei die zweiten Kontaktflächen der Planetenrollen und die erste Kontaktfläche des Hohlrades im Bereich der Wirkverbindung zwischen Planetenrollen und Hohlrad aneinander anliegen und sich sichelförmig überdecken.
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Das Hohlrad weist bevorzugt eine konische oder eine senkrecht zu der Längsachse der Spindel verlaufende erste Kontaktfläche auf und die zweite Kontaktfläche der Planetenrollen ist dazu korrespondierend ausgebildet.
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Die erste Kontaktfläche des Hohlrades und/oder die zweite Kontaktfläche der Planetenrollen kann dabei eine umlaufende, im Wesentlichen ballige Form aufweisen.
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Zur radialen Vergrößerung des Bereiches der Kontaktstelle für eine axiale Abstützung der Planeten kann der Bereich für die Lagerung an den Planetenrollenträgern radial verringert sein.
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Dazu sind die Planetenrollen an Ihren Enden mittels Planetenrollenzapfen in den Planetenrollenträgern gelagert derart, dass der Durchmesser des Planetenrollenzapfens wesentlich kleiner ist als der Außendurchmesser der Profilierung der Planetenrollen, da sich der Kontaktbereich zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen dem Außendurchmesser der Planetenrollen und dem Außendurchmesser der Planetenrollen erstreckt und bei einem kleineren Außendurchmesser der zur Lagerung dienenden Planetenrollenzapfen die Überdeckung im Bereich der Kontaktstelle zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche zur Bildung der Kontaktstelle vergrößert werden kann. Der Außendurchmesser der Planetenrollenzapfen kann bis auf ca. 0,3 × Außendurchmesser der Profilierungen der Planetenrollen reduziert sein.
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Die Planetenrollenträger sind in einer das Hohlrad umringenden Hülse drehfest zur Hülse abgestützt, wobei zwischen Hohlrad und Hülse ein, eine Selbsthemmung des PWG bewirkendes, Reibelement angeordnet ist.
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Das Reibelement ist bevorzugt in der Art einer Schlingfeder, insbesondere einer Doppelschlingfeder ausgebildet. Die Schlingfeder beeinflusst dabei drehrichtungsabhängig den Wirkungsgrad des PWGs und verursacht eine Selbsthemmung.
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Die Wirkverbindung zwischen den Planetenrollen und dem Hohlrad durch die sichelförmige Kontaktfläche erfolgt bevorzugt an dem Ende des Hohlrades, welches in Betätigungsrichtung des Aktors angeordnet ist.
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Anwendbar ist so ein PWG beispielsweise in einem modularen Kupplungsaktor, bei dem der axiale Spindelvorschub die Betätigung einer Kupplung veranlasst. Eine Verwendung in einem hydraulischen Kupplungsaktor ist aber auch denkbar.
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Erfindungsgemäß werden somit statt der bisher mit einer Innenprofilierung der Hülse in Form mehrerer Rillen in Eingriff stehenden Außenprofilierung nur noch genau ein sichelförmiger Kontaktbereich bzw. eine sichelförmige Kontaktstelle zwischen den Planetenrollen und dem Hohlrad vor gesehen. Das Hohlrad besteht funktional somit lediglich aus einem Kontaktring welcher entweder aus einer senkrecht zur Längsachse des PWG stehenden Ringfläche oder vorzugsweise einer konischen Ringfläche besteht. Mindestens eine der beiden Kontaktflächen kann leicht ballig ausgeformt sein.
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Zur Maximierung der radialen Ausdehnung der Kontaktfläche(n) kann der Planetenachszapfen-Durchmesser minimiert werden. Dies erhöht zwar die Bohrreibungsanteile im Kontakt was eine leichte Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades zur Folge hat, dieser Nachteil kann jedoch anwendungsspezifisch von den Bauraumvorteilen überkompensiert werden.
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Insgesamt kann durch die neuartige Gestaltung des Aktors durch die nur eine einzelne, insbesondere sichelförmige, Kontaktstelle in Form einer extrem kurzen Verbindung zwischen Hohlrad und Planeten der axiale und radiale Bauraumbedarf reduziert werden. Dadurch, dass das Hohlrad keine Innenprofilierung mehr aufweist, kann der konstruktive Aufbau einfacher gestaltet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. Dabei zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt,
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2 eine schematische Frontalansicht der im Eingriff befindlichen Planetenrollen mit dem Hohlrad.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb (PWG) mit einseitiger Krafteinleitung für den Einsatz in Aktoren wie zum Beispiel Kupplungsaktoren. Der Planetenwälzgewindetrieb weißt eine Spindel 1 mit einer Steigung ≠ 0 und einer Längsachse A auf, mit der mehrere Planetenrollen 2 mit einer Außenprofilierung P2 in Eingriff stehen. Die Planetenrollen 2, deren Außenprofilierung P2 eine Steigung = 0 und einen Außendurchmesser D2, aufweist verlaufen achsparallel zur Längsache A der Spindel 1 und kämmen mit der Spindel 1, wodurch eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Die Planetenrollen 2 sind von einem Hohlrad 3 umringt, mit dem sie über Kontaktstellen 2.1 mit einem Kontaktring 3.1 am Hohlrad 3 in Wirkverbindung stehen. Die Planetenrollen 2 weisen an ihren Enden Planetenrollenzapfen 2.2 auf, mittels derer sie an ihrem ersten Ende in einem ersten Planetenrollenträger 4 und an ihrem zweiten Ende in einem zweiten Planetenrollenträger 5 gelagert sind. Die Planetenrollenträger 4, 5 sind in einer das Hohlrad 3 umringenden Hülse 6 drehfest zur Hülse 6 abgestützt, wobei zwischen Hülse 6 und Hohlrad 3 ein Reibelement 7 angeordnet ist. Dieses Reibelement 7 ist vorzugsweise als Doppelschlingfeder 7 ausgebildet, wobei die Schlingfeder 7 drehrichtungsabhängig den Wirkungsgrad des PWGs beeinflusst.
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Erfindungsgemäß erfolgt der Kontakt zwischen jeder Planetenrolle 2 und dem Hohlrad 3 über eine Kontaktstelle 2.1, durch welche die Wirkverbindung zwischen den Planetenrollen 2 und dem Hohlrad 3 hergestellt wird, mit einem am Hohlrad 3 befindlichen (ausgebildeten) Kontaktring 3.1, wobei sich ein sichelförmiger Kontaktbereich in der Kontaktstelle 2.1 (s. 2) bildet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel liegt der Kontaktbereich im Bereich des ersten Planetenrollenträgers 4 an der in Richtung zum zweiten Planetentollenträger 5 weisenden konisch geneigten Innenseite des Hohlrades 3 mit einer dazu korrespondierenden Kontaktstelle an der Planetenrolle 2.
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Der Kontaktring 3.1 des Hohlrades 3 weist somit in Richtung zum zweiten Planetenträger 5 eine hier konische umlaufende erste Kontaktfläche A1 (s. 2) auf. Die Planetenrollen 2 weisen in Richtung zur ersten Kontaktfläche A3 eine umlaufende zweite Kontaktfläche A3 auf. Beide Kontaktflächen A2, A3 wirken in der Kontaktstelle 2.1 zusammen und bilden einen sichelförmigen Kontaktbereich an der Kontaktstelle 2.1. Dabei können sowohl der Kontaktring 3.1 an seiner ersten Kontaktfläche A3 wie auch die Kontaktstellen 2.1 der Planetenrollen 2 leicht konvex geformt sein.
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Zur Maximierung der radialen Ausdehnung der Kontaktstelle 2.1 kann der Planetenrollenzapfen 2.2 in seinem Durchmesser D2.2 minimiert werden. Dies reduziert den benötigten Bauraum und ermöglicht eine Vergrößerung der Kontaktstellen 2.1. Bevorzugt wird dabei der Durchmesser D2.2 bis auf das 0,3-fache des Außendurchmessers D2 der Planetenrollen 2 reduziert.
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Die frontale Ansicht (Prinzipskizze) der Planetenrollen 2 in Verbindung mit der Spindel 1 und dem Hohlrad 3 zur Verdeutlichung der Kontaktstellen 2.1 sind in 2 dargestellt, die weiteren Bauteile wurden für eine bessere Übersichtlichkeit ausgeblendet. Gemäß 2 bilden die Kontaktstellen 2.1 der Planetenrollen 2 mit dem Kontaktring 3.1 des Hohlrads 3 eine sich überdeckende und aneinandergrenzende Fläche, welche im Wesentlichen sichelförmig (siehe schraffierte Fläche) ausgebildet ist. In dem PWG sind sechs Planetenrollen 2, die Spindel 1 umlaufend, montiert. Das Hohlrad 3 weist eine umlaufende erste Kontaktfläche A3 auf und jede Planetenrolle 2 besitzt eine umlaufende zweite Kontaktfläche A2, die sich mit der ersten Kontaktfläche A3 im Bereich der Kontaktstelle 2.1 sichelförmig überdeckt, wobei jede Planetenrolle 2 nur in dieser Kontaktstelle 2.1 mit dem Hohlrad 3 in Wirkverbindung steht.
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Durch die nur eine Kontaktstelle pro Planetenrolle 2 kann der axiale und radiale Bauraum des PWGs erheblich reduziert werden, was zu kompakteren Aktoren mit geringerem Bauraumbedarf führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindel
- 2
- Planetenrolle
- 2.1
- Kontaktstelle
- 2.2
- Planetenrollenzapfen
- 3
- Hohlrad
- 3.1
- Kontaktring
- 4
- erster Planetenrollenträger
- 5
- zweiter Planetenrollenträger
- 6
- Hülse
- 7
- Reibelement/Schlingfeder
- A
- Längsachse
- A2
- zweite Kontaktfläche
- A3
- erste Kontaktfläche
- D2
- Außendurchmesser der Planetenrolle
- D2.2
- Außendurchmesser des Planetenrollenzapfens
- P2
- Profilierung der Planetenrollen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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