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Die Erfindung betrifft einen Riementrieb für einen Aktuator, mit einer Antriebsriemenscheibe und einer Abtriebsriemenscheibe, die von einem Riemen umschlungen sind, wobei die Abtriebsriemenscheibe mit einer Spindel oder mit einer Spindelmutter eines Spindeltriebs verbunden ist.
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Ein Riementrieb ermöglicht die Anpassung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments durch entsprechende Gestaltung der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe. Ein Einsatzbereich für Riementriebe sind Fahrwerksaktuatoren für Fahrwerke von Kraftfahrzeuge, die einen Spindeltrieb aufweisen. Der Spindeltrieb umfasst eine Gewindespindel mit einem Außengewinde und eine Spindelmutter mit einem daran angepassten Innengewinde. Die Abtriebsriemenschreibe ist entweder mit der Spindel oder der Spindelmutter verbunden, durch die Drehung der mit der Abtriebsriemenscheibe verbundenen Komponente des Spindeltriebs wird die jeweilige andere Komponente axial verschoben, so dass ein Bauteil eines Fahrwerkaktuators linear positioniert werden kann. Beispiele für derartige Fahrwerksaktuatoren sind ein Niveauregulierungssystem, ein Spur- und/oder Sturzversteller oder eine Hinterachsverstellung. Für viele derartige Anwendungen wird eine Sicherung oder eine Sperre benötigt, die eine unerwünschte Verstellung des Riementriebs und des mit diesem verbundenen Spindeltriebs verhindert, insbesondere im stromlosen Zustand, wenn ein Antrieb, insbesondere ein Elektromotor, der mit der Antriebsriemenscheibe gekoppelt ist, ausgeschaltet ist.
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Herkömmliche Sicherungen oder Sperren basieren zumeist auf Reibschluss, als Beispiel wird auf die
DE 10 2008 024 910 A1 hingewiesen. Zur Vermeidung unerwünschter Stellbewegungen ist dort eine Lastmomentsperre vorgesehen, die eine Schließfeder umfasst. Zusätzlich sind Sperren bekannt, die beispielsweise eine Stiftverriegelung aufweisen. Allerdings weisen die meisten derartigen Verriegelungen den Nachteil auf, dass zu ihrer Betätigung ein weiterer Aktuator sowie Energie benötigt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Riementrieb für einen Aktuator anzugeben, der eine automatische, formschlüssige Positionssicherung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Riementrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Antriebsriemenscheibe fest mit einer ersten Kurvenbahnscheibe und die Abtriebsriemenscheibe fest mit einer zweiten Kurvenbahnscheibe verbunden ist, die in Intervallen miteinander kämmen, wobei eine Drehung der Abtriebsriemenscheibe bei miteinander kämmenden Kurvenbahnscheiben formschlüssig gesperrt und bei nicht miteinander kämmenden Kurvenbahnscheiben freigegeben ist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Riementrieb mit einer Positionssicherung gebildet werden kann, indem der Antriebsriemenscheibe eine erste Kurvenbahnscheibe und der Abtriebsriemenscheibe eine zweite Kurvenbahnscheibe zugeordnet ist, wobei die beiden Kurvenbahnscheiben in Intervallen abschnittsweise miteinander kämmen. In Abhängigkeit des Eingriffszustands der beiden Kurvenbahnscheiben ist der Riementrieb bei ausgeschaltetem Antrieb entweder gesperrt oder freigegeben. Wenn die beiden Kurvenbahnscheiben miteinander kämmen, ist eine Drehung der Abtriebsriemenscheibe und somit des Spindeltriebs im ausgeschalteten Zustand gesperrt. Andererseits, wenn die beiden Kurvenbahnenscheiben nicht miteinander kämmen, ist eine Drehung des Spindeltriebs bei ausgeschaltetem Antrieb möglich. Bei einer Anwendung des Riementriebs als Fahrwerksaktuator wird der Antrieb vorzugsweise dann abgeschaltet, wenn die beiden Kurvenbahnscheiben miteinander kämmen. In diesem Zustand wirken sie wie eine Sperre, so dass keine unerwünschte Verstellung des Spindeltriebs auftreten kann. Auch während eines stromlosen Zustands, der durch einen Ausfall der Versorgungsspannung des Antriebsmotors hervorgerufen wird, wirken die beiden miteinander kämmenden Kurvenbahnscheiben als Sperre, so dass auch in diesem Zustand keine unerwünschte Verstellung des Spindeltriebs möglich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Riementrieb wird es besonders bevorzugt, dass die Abtriebsriemenscheibe axial zwischen zwei Führungsscheiben angeordnet ist, die drehbar gegenüber der Abtriebsriemenscheibe gelagert sind, wobei der Riemen die Führungsscheiben und die Abtriebsriemenscheibe umschließt und voneinander beabstandete Aussparungen oder verzahnungsfreie Bereiche aufweist, die an derselben Axialposition wie die Abtriebsriemenscheibe angeordnet sind. Die Abtriebsriemenscheibe erstreckt sich somit axial lediglich über einen Teil der Breite des Riemens, an beiden Axialseiten der Abtriebsriemenscheibe befinden sich die Führungsscheiben, die gegenüber der Abtriebsriemenscheibe und somit auch gegenüber der mit dieser verbundenen Komponente des Spindeltriebs drehbar gelagert sind.
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Der Riemen weist eine besondere Gestaltung auf, die bewirkt, dass die beiden Führungsschreiben permanent gedreht werden, die Abtriebsriemenscheibe jedoch nur intermittierend. Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Riemens weist dieser voneinander beabstandete Aussparungen auf. Wenn die Aussparungen die Abtriebsriemenscheibe passieren bzw. dieser gegenüber liegen, wird die Abtriebsriemenscheibe nicht gedreht, da sie nicht in Kontakt mit dem Riemen ist. Zwischen den Aussparungen weist der Riemen Abschnitte auf, die die Abtriebsriemenscheibe berühren, so dass diese gedreht wird. Vorzugsweise weist der Riemen eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Aussparungen auf, so dass die Abtriebsriemenscheibe abwechselnd durch den Riemen gedreht wird oder stillsteht. Die Abtriebsriemenscheibe und somit die mit dieser verbundene Komponente des Spindeltriebs wird somit diskontinuierlich angetrieben. Durch eine entsprechende Wahl der geometrischen Parameter und der Durchmesser der Abtriebsriemenscheibe und der Komponente des Spindeltriebs sowie der geometrischen Parameter des Riemens kann ein bestimmtes, gewünschtes Verhältnis der Drehzahlen der Abtriebsriemenscheibe und der Antriebsriemenscheibe sowie eine bestimmte Drehmomentübersetzung festgelegt werden.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Riemens kann dieser eine Verzahnung aufweisen, das heißt er kann als Zahnriemen ausgebildet sein und verzahnungsfreie Bereiche aufweisen. Die verzahnungsfreien Bereiche entsprechen den voneinander beabstandeten Aussparungen. Wenn ein verzahnungsfreier Bereich des Riemens der Abtriebsriemenscheibe gegenüberliegt, ist kein Kraftschluss vorhanden und die Abtriebsriemenscheibe wird nicht gedreht. Andererseits, wenn ein eine Verzahnung aufweisender Bereich des Riemens der Abtriebsriemenscheibe gegenüberliegt, wird diese gedreht.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Riemen so angebracht ist, dass eine Aussparung oder ein verzahnungsfreier Bereich der Abtriebsriemenscheibe gegenüberliegt, wenn die beiden Kurvenbahnscheiben miteinander kämmen. Der Riemen ist daher so montiert, dass er mit den beiden Kurvenbahnscheiben synchronisiert ist.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Länge einer Aussparung oder eines verzahnungsfreien Bereichs des Riemens in Umfangsrichtung so gewählt ist, dass die Aussparung oder der verzahnungsfreie Bereich der Abtriebsriemenscheibe gegenüberliegt, wenn die beiden Kurvenbahnscheiben miteinander kämmen. Eine Änderung des Durchmessers oder des Teilkreises der zweiten, mit der Abtriebsriemenscheibe verbundenen Kurvenbahnscheibe erfordert eine entsprechende Anpassung der Aussparungen oder der verzahnungsfreien Bereiche des Riemens.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Führungsscheiben an ihren Außenseiten jeweils einen Bord aufweisen. Der axial außen vorgesehene Bord einer Führungsscheibe dient als Führung für den Riemen und hält diesen an der gewünschten Axialposition.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Kurvenbahnscheibe eine positive Kontur und die zweite Kurvenbahnscheibe eine negative Kontur aufweist. Die positive Kontur kann beispielsweise als Kreissegment ausgebildet sein, die negative Kontur kann entsprechend gegengleich geformt sein. Somit können die beiden Kurvenbahnscheiben aufeinander abwälzen.
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Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Riementriebs sieht vor, dass die Abtriebsriemenscheibe drehfest mit einer Verbindungshülse verbunden ist, auf der die Führungsscheiben drehbar gelagert sind, wobei die Verbindungshülse drehfest mit dem Spindeltrieb verbunden ist. Die Verbindungshülse ist somit zwischen der Komponente des Spindeltriebs und der Abtriebsriemenscheibe angeordnet.
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Daneben betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Aktuator, umfassend einen Riementrieb der beschriebenen Art und einen mit der Antriebsriemenscheibe gekoppelten Elektromotor. Vorzugsweise ist der elektromechanische Aktuator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und Bestandteil eines Niveauregulierungssystems, eines Spur- oder Sturzverstellers oder einer Hinterachsverstellung. Alternativ könnte auch ein anderer Antrieb vorgesehen sein, z. B. ein hydraulischer Antrieb.
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Der als Antrieb dienende Elektromotor wird so gesteuert, dass er abgeschaltet wird, wenn die beiden Kurvenbahnscheiben miteinander kämmen. In diesem Zustand bilden die beiden Kurvenbahnscheiben eine formschlüssige Positionssicherung, die eine unerwünschte Verstellung des Spindeltriebs sperrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Riementriebs;
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2 der in 1 gezeigte Riementrieb in einer anderen Drehlage;
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3 eine geschnittene Seitenansicht des in 1 gezeigten Riementriebs;
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4 eine Seitenansicht eines Abschnitts eines Riemens; und
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5 eine Draufsicht des in 1 gezeigten Riementriebs.
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Der in den 1 und 2 gezeigte Riementrieb 1 umfasst im Wesentlichen eine Antriebsriemenscheibe 2 und eine Abtriebsriemenscheibe 3, die von einem Riemen 4 umschlungen sind. Die Antriebsriemenscheibe 2 ist mit einem als Antrieb dienenden Elektromotor (nicht gezeigt) verbunden, so dass die Antriebsriemenscheibe 2 bei eingeschaltetem Elektromotor gedreht wird. Die Abtriebsriemenscheibe 3 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Spindel 5 eines Spindeltriebs verbunden. Der Spindeltrieb umfasst neben der Spindel 5 eine Spindelmutter (nicht gezeigt). Die Spindel 5 weist ein Außengewinde auf, die Spindelmutter weist ein daran angepasstes Innengewinde auf. Bei einer Drehung der Spindel 5 wird die Spindelmutter axial entlang der Spindel 5 verschoben. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Spindeltrieb auch als Kugelgewindetrieb ausgebildet sein.
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Die Antriebsriemenscheibe 2 ist fest mit einer ersten Kurvenbahnscheibe 6 verbunden, wie am besten in der geschnittenen Ansicht von 3 zu sehen ist. In der Draufsicht von 5 erkennt man, dass die Kurvenbahnscheibe 6 näherungsweise halbkreisförmig ausgebildet ist.
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Die Abtriebsriemenscheibe 3 ist fest mit einer zweiten Kurvenbahnscheibe 7 verbunden. Die halbkreisförmige Kurvenbahnscheibe 6 weist eine positive Kontur auf, die mit dieser kämmende zweite Kurvenbahnscheibe 7 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten kreissegmentförmigen Aussparungen 8 auf, die eine Negativkontur bilden, die gegengleich zu der positiven Kontur der ersten Kurvenbahnscheibe 6 ist. Die 1, 2 und 5 zeigen, dass die beiden Kurvenbahnscheiben 6, 7 miteinander kämmen, das heißt sie befinden sich miteinander im Eingriff. In 5 ist zusätzlich der Sperrwinkel φ der ersten Kurvenbahnscheibe 6 eingezeichnet. Wenn sich die erste Kurvenbahnscheibe 6 innerhalb des durch den Sperrwinkel definierten Bereichs befindet, sperrt sie die mit ihr kämmende zweite Kurvenbahnscheibe 7, so dass diese und die mit ihr verbundene Spindel 5 des Spindeltriebs nicht gedreht werden kann. Zusätzlich ist in 5 der Freiwinkel β eingezeichnet. Wenn sich die erste Kurvenbahnscheibe 6 demgegenüber in einer um 180° gedrehten Stellung befindet, kann sich die zweite Kurvenbahnscheibe 7 und somit die Spindel 5 drehen. Bei einer Drehung der Antriebsriemenscheibe 2 wechseln sich somit gesperrte Zustände mit nicht gesperrten Zuständen ab.
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In der geschnittenen Ansicht von 3 erkennt man, dass die Abtriebsriemenscheibe 3 und die Spindel 5 nicht direkt miteinander verbunden sind. Die Abtriebsriemenscheibe 3 ist fest mit einer Verbindungshülse 9 verbunden, an deren Außenseite sie angebracht ist. Die Verbindungshülse 9 weist eine zentrale Öffnung auf, in die die Spindel 5 eingesetzt ist.
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In 3 ist auch erkennbar, dass die Breite der Abtriebsriemenscheibe 3 wesentlich geringer als die Breite des Riemens 4 ist. An beiden Axialseiten der Abtriebsriemenscheibe 3 sind Führungsscheiben 10, 11 angeordnet, die an ihren axialen Außenseiten jeweils einen Bord zur Führung des Riemens 4 aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die beiden Führungsscheiben 10, 11 und die dazwischen angeordnete Abtriebsriemenscheibe 3 jeweils etwa über ein Drittel der Breite des Riemens 4. Die Führungsscheiben 10, 11 sind jeweils mittels eines Lagers 12, 13 drehbar gegenüber der Verbindungshülse 9 gelagert.
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4 ist eine Seitenansicht und zeigt ein Detail des Riemens 4. Der Riemen 4 ist als Zahnriemen ausgebildet und weist eine Vielzahl von sich in Querrichtung erstreckenden Zähnen 14 auf. In 4 erkennt man, dass der Riemen 4 einen Bereich 15 aufweist, in dem die Zähne 14 durchgehend ausgebildet sind, das heißt sie erstrecken sich über die gesamte Breite. Daneben weist der Riemen 4 verzahnungsfreie Bereiche 16 auf, die im mittleren Bereich des Riemens 4 ausgebildet sind, der im montierten Zustand der Abtriebsriemenscheibe 3 gegenüberliegt. Der verzahnungsfreie Bereich 16 ist von Eingriffsbereichen 17, 18 eingeschlossen, die im montierten Zustand den Führungsscheiben 10 bzw. 11 gegenüber liegen. Der verzahnungsfreie Bereich 16 erstreckt sich in Umfangsrichtung über eine gewisse Länge, die in Abhängigkeit der Durchmesser bzw. Teilkreise der Kurvenbahnscheiben 6, 7 sowie der Antriebsriemenscheibe 2 und der Abtriebsriemenscheibe 3 gewählt ist.
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Da die Führungsscheiben 10, 11 permanent mit den Eingriffsbereichen 17, 18 in Kontakt sind, die Zähne 14 aufweisen, werden die Führungsscheiben 10, 11 bei einer Drehung in der Antriebsriemenscheibe 2 durch den Riemen 4 permanent gedreht. Da die Abtriebsriemenscheibe 3 entweder dem Zähne 14 aufweisenden Bereich 15 oder dem verzahnungsfreien Bereich 16 gegenüberliegt, wird die Abtriebsriemenscheibe 3 diskontinuierlich gedreht. Nur wenn sie einen Zähne 14 aufweisenden Bereich 15 berührt, wird sie gedreht, ansonsten steht sie still.
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Neben dem beschriebenen Riemen, der verzahnungsfreie Bereiche aufweist, ist auch eine abgewandelte Ausführung möglich, bei der der Riemen Aussparungen aufweist. Die Aussparungen entsprechen hinsichtlich ihrer Größe den verzahnungsfreien Bereichen. Wenn die Abtriebsriemenscheibe 3 einer Aussparung gegenüberliegt, wird sie nicht gedreht.
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Die Länge des verzahnungsfreien Bereichs 16 bzw. die Länge einer Aussparung ist so gewählt, dass die Aussparung oder der verzahnungsfreie Bereich 16 der Abtriebsriemenscheibe 3 gegenüberliegt, wenn die beiden Kurvenbahnscheiben 6, 7 miteinander kämmen. Wenn der Antrieb in diesem Zustand ausgeschaltet wird, ist der Abtrieb, insbesondere die mit diesem verbundene Spindel 5, automatisch durch die miteinander kämmenden Kurvenbahnscheiben 6, 7 gesperrt.
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Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Riementrieb 1 ist Bestandteil eines elektromechanischen Aktuators für ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Antriebsriemenscheibe
- 3
- Abtriebsriemenscheibe
- 4
- Riemen
- 5
- Spindel
- 6
- Kurvenbahnscheibe
- 7
- Kurvenbahnscheibe
- 8
- Aussparung
- 9
- Verbindungshülse
- 10
- Führungsscheibe
- 11
- Führungsscheibe
- 12
- Lager
- 13
- Lager
- 14
- Zahn
- 15
- Bereich
- 16
- Bereich
- 17
- Eingriffsbereich
- 18
- Eingriffsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024910 A1 [0003]
