DE102015225633A1 - Actuator with planetary roller screw drive (PWG) - Google Patents

Actuator with planetary roller screw drive (PWG) Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung einer Spindel in einem ersten Längenbereich mehrere Planetenrollen mit ihren Profilierungen in Eingriff stehen und die Profilierungen der Planetenrollen in einem zweiten Längenbereich mit einer Profilierung eines die Planetenrollen umringenden Hohlrades kämmen, wobei die Profilierungen gewindeartig mit Erhebungen und sich dazwischen erstreckende Rillen ausgebildet sind und wobei die Planetenrollen achsparallel zur Spindel verlaufen und an beiden Enden über einen ersten und einen zweiten Lagerzapfen in jeweils einem drehfest abgestütztem Planetenrollenträger frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert sind, wobei der erste Lagerzapfen näher zum ersten Längenbereich und der zweite Lagerzapfen näher zum zweiten Längenbereich angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß das Hohlrad an seinem dem zweiten Längenbereich axial gegenüberliegenden Ende einen radial nach innen weisenden Haltebund aufweist, welcher über einen zylindrischen Abrollbereich mit den Planetenrollen in Wirkverbindung steht.The invention relates to an actuator with a Planetenwälzgewindsspindeltrieb (PWG), in particular for the operation of a clutch of a vehicle, with a profiling of a spindle in a first length range a plurality of planetary rollers with their profiles are engaged and the profiles of the planetary rollers in a second length range with a Profiling a ring gear surrounding the ring gear ring, the profiles are formed thread-like with projections and extending therebetween grooves and wherein the planetary rollers axially parallel to the spindle and at both ends via a first and a second journal in each rotatably supported Planetenrollenträger freely rotatable about their own longitudinal axis are positioned, wherein the first bearing pin is arranged closer to the first length range and the second bearing pin closer to the second length range, according to the invention, the ring gear at its the zw eiten length region axially opposite end has a radially inwardly facing retaining collar, which is in operative connection via a cylindrical Abrollbereich with the planetary rollers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) und findet insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges Anwendung.The invention relates to an actuator with Planetenwälzgewindespindeltrieb (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, e.g. PWG actuator (PWG = planetary roller screw drive), hydraulic slave cylinder, etc.

Planetenwälzgewindetriebe (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, auch bezeichnet als Hohlrad, 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 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. Planetenwälzgewindetriebe (PWG) or Planetenwälzgewindespindeltriebe are formed from a spindle, a spindle nut and arranged between them over the circumference, recorded in a planet carrier Planetenwälzkörpern. Here, the spindle, spindle nut and Planetenwälzkörper on profiles to transmit a rotational movement between the spindle and spindle nut, also referred to as a ring gear, wherein one of the components - spindle or spindle nut - rotationally driven and the other component in a rotationally fixed arrangement along the longitudinal axis of the spindle one of the set translation corresponding axial travel is shifted. Here, the Planetenwälzkörper two different profile sections, which mesh on the one hand with the spindle and on the other hand 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 on the spindle or the spindle nut and according to the groove portion is arranged on the other component.

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 zu der Drehzahl der Spindel proportionale Bewegung. From the EP 320 621 A1 For example, a PWG is known in which the spindle has a thread and the spindle nut grooves, on which roll each planetary rolling elements by means of correspondingly complementarily formed profile sections. Here, the axially fixed and rotationally fixed for example by an electric motor spindle is rotated relative to the rotatably arranged spindle nut, so that the spindle nut is forcibly displaced axially and by the frictional rolling of the planetary body in the grooves of the spindle nut. This results in the Axialweg the spindle nut proportional to the speed of the spindle movement.

Dem Stand der Technik sind derart asymmetrisch ausgebildete Planetenrollen bekannt, dass diese in genau einem Längenbereich mit dem Hohlrad kämmen. Die Lagerung der Planetenrollen erfolgt dabei über beidseitig an den Enden der Planetenrollen ausgebildete Lagerzapfen, welche in Planetenrollenträgern gelagert sind. Auf der Seite der Planetenrollen, welche nicht mit dem Hohlrad, sondern lediglich mit der Spindel in Kontakt steht, werden die Radialkräfte lediglich durch die Planetenzapfen im Planetenträger aufgenommen. Die Lagerung der Planetenzapfen muss daher stabil genug ausgelegt werden, um diese Kräfte abstützen zu können. Die üblicherweise bevorzugt eingesetzten Kunststoff-Planetenträger sind hierfür oft nicht ausreichend. Darüber hinaus entsteht auch bei Verwendung eines Planetenträgers aus Metall unnötig viel Reibung innerhalb der Lagerung.The state of the art asymmetrically designed planetary rollers are known that these comb in exactly one length range with the ring gear. The bearing of the planetary rollers takes place on both sides formed at the ends of the planetary rollers bearing journals, which are mounted in planetary roller carriers. On the side of the planetary rollers, which is not in contact with the ring gear, but only with the spindle, the radial forces are absorbed only by the planetary pin in the planet carrier. The storage of the planetary pin must therefore be designed stable enough to support these forces can. The usually preferred plastic planet carrier are often not sufficient for this purpose. In addition, even when using a planet carrier made of metal unnecessarily much friction within the storage.

Alternativ werden separat ausgebildete Halteringe verwendet, um Radialkräfte aufzunehmen. Es wird ein Zusatz-Bauteil benötigt, welches zusätzliche Kosten bei Herstellung und Montage nach sich zieht. Weiterhin entsteht Reibung an den axialen Kontaktflächen infolge der Relativdrehzahl.Alternatively, separately formed retaining rings are used to accommodate radial forces. An additional component is required which entails additional costs during manufacture and assembly. Furthermore, there is friction on the axial contact surfaces due to the relative speed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Aktor mit Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) zur Verfügung zu stellen, bei welchem trotz Verwendung eines Planetenträgers aus Kunststoff die Radialkraft der Planetenzapfen auf der Seite des Spindel-Mutter-Kontaktes nicht in der Zapfenlagerung aufgenommen werden muss, um an dieser Stelle das Reibmoment und den Verschleiß zu reduzieren. Darüber hinaus soll hierfür kein zusätzliches Bauteil erforderlich sein.The object of the invention is therefore to provide an actuator with Planetenwälzgewindsspindeltrieb (PWG) available, in which despite the use of a planet carrier made of plastic, the radial force of the planetary pin on the side of the spindle-nut contact must not be included in the journal bearing to this Adjust the friction torque and reduce wear. In addition, no additional component is required for this purpose.

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.

Erfindungsgemäß ist ein Aktor mit einem Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung einer Spindel in einem ersten Längenbereich mehrere Planetenrollen mit ihren Profilierungen in Eingriff stehen und die Profilierungen der Planetenrollen in einem zweiten Längenbereich mit einer Profilierung eines die Planetenrollen umringenden Hohlrades kämmen, wobei die Profilierungen gewindeartig mit Erhebungen und sich dazwischen erstreckende Rillen ausgebildet sind und wobei die Planetenrollen achsparallel zur Spindel verlaufen und an beiden Enden über einen ersten und einen zweiten Lagerzapfen in jeweils einem drehfest abgestütztem Planetenrollenträger frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert sind, wobei der erste Lagerzapfen näher zum ersten Längenbereich und der zweite Lagerzapfen näher zum zweiten Längenbereich angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß das Hohlrad an seinem dem zweiten Längenbereich axial gegenüberliegenden Ende einen radial nach innen weisenden Haltebund aufweist, welcher über einen zylindrischen Abrollbereich mit den Planetenrollen in Wirkverbindung steht.According to the invention, an actuator with a Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG), in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, with a profiling of a spindle in a first length range a plurality of planetary rollers with their profiles are engaged and the profiles of the planetary rollers in a second length range with a profiling a ring gear surrounding the ring gears mesh, the profiles are formed thread-like with elevations and extending therebetween grooves and the planetary rollers axially parallel to the spindle and at both ends via a first and a second journal in each rotatably supported planetary roller carrier freely rotatable about their own Longitudinal axis are positioned, wherein the first bearing pin is arranged closer to the first length range and the second bearing pin closer to the second length range, according to the invention, the ring gear at its the second In the longitudinal region, the axially opposite end has a radially inwardly pointing retaining collar, which extends over a cylindrical Abrollbereich is in operative connection with the planetary rollers.

Bevorzugt steht der Haltebund in einem Abrollbereich zwischen dem ersten Lagerzapfen und den mit der Spindel kämmenden Profilierungen der Planetenrollen mit den Planetenrollen in Wirkverbindung.The holding collar is preferably in operative connection with the planetary rollers in a rolling region between the first bearing journal and the profiles of the planetary rollers that mesh with the spindle.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Durchmesser des Abrollbereiches dem Rillen-Kontakt-Durchmesser des Kontaktes der Profilierungen der Planetenrollen mit den Profilierungen des Hohlrades. Hierdurch findet vorteilhafterweise kein wirkungsgradmindernder Relativschlupf statt. An der Kontaktstelle des Haltebundes wird im Betrieb lediglich Rollreibung erzeugt, welche weniger Reibmoment generiert als Gleitreibung in den Planetenzapfen in der dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform ohne Haltering.In a preferred embodiment, the diameter of the Abrollbereiches corresponds to the groove contact diameter of the contact of the profiles of the planetary rollers with the profiles of the ring gear. As a result, advantageously no efficiency-reducing relative slip takes place. In operation, only rolling friction is generated at the contact point of the retaining collar, which generates less friction torque than sliding friction in the planetary pin in the embodiment known from the prior art without a retaining ring.

Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die Verwendung eines Planetenträgers aus Kunststoff, da die Radialkraft der Planetenzapfen auf der Seite des Spindel-Mutter-Kontaktes in den Haltebund aufgenommen wird. Reibmoment und Verschleiß werden an dieser Stelle reduziert, ohne dass ein zusätzliches Bauteil verwendet werden muss. The invention advantageously allows the use of a planet carrier made of plastic, since the radial force of the planetary pin is added to the side of the spindle-nut contact in the holding collar. Frictional torque and wear are reduced at this point, without an additional component must be used.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert, ohne dabei auf diese beschränkt zu sein.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and an associated drawing, without being limited to this.

Dabei zeigt:Showing:

1: einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) mit am Hohlrad ausgebildetem Haltebund. 1 : a Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) according to the invention with formed on the ring gear holding collar.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) 1 mit einem am Hohlrad 4 ausgebildetem Haltebund 7 dargestellt. In einem ersten Längenbereich L1 stehen mit einer Profilierung P2 einer Spindel 2 mehrere achsparallel zur Spindel 2 verlaufende Planetenrollen 3 mit ihren Profilierungen P3.1 in Eingriff. In einem zweiten Längenbereich kämmen die Profilierungen der Planetenrollen P3.2 mit einer Profilierung P4 eines die Planetenrollen 3 umringenden Hohlrades 4. Die Profilierungen P2, P3.1, P3.2, P4 sind gewindeartig mit Erhebungen und sich dazwischen erstreckende Rillen ausgebildet. Die Planetenrollen 3 sind dabei an ihren beiden Enden über einen ersten 6.1 und einen zweiten 6.2 Lagerzapfen in jeweils einem drehfest abgestützten Planetenrollenträger 5 frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert, wobei der erste Lagerzapfen 6.1 näher zum ersten Längenbereich L1 und der zweite Lagerzapfen 6.2 näher zum zweiten Längenbereich L2 angeordnet ist. In 1 is a planetary roller screw drive (PWG) according to the invention 1 with one on the ring gear 4 trained holding collar 7 shown. In a first length range L1 stand with a profiling P2 of a spindle 2 several axially parallel to the spindle 2 running planetary rollers 3 with their profiles P3.1 in engagement. In a second length range, the profilings of the planetary rollers P3.2 mesh with a profiling P4 of one of the planetary rollers 3 surrounding ring gear 4 , The profiles P2, P3.1, P3.2, P4 are formed like a thread with projections and grooves extending therebetween. The planetary roles 3 are at their two ends over a first 6.1 and a second 6.2 Bearing journals in each case a rotatably supported planetary roller carrier 5 freely rotatably positioned about its own longitudinal axis, wherein the first journal 6.1 closer to the first length region L1 and the second journal 6.2 is arranged closer to the second length region L2.

Erfindungsgemäß weist das Hohlrad 4 an seinem dem zweiten Längenbereich L2 axial gegenüberliegenden Ende einen radial nach innen weisenden Haltebund 7 auf, welcher über einen zylindrischen Abrollbereich LA mit den Planetenrollen 3 in Wirkverbindung steht. Der Abrollbereich LA steht zwischen dem ersten Lagerzapfen 6.1 und den mit der Spindel 2 kämmenden Profilierungen P3.1 der Planetenrollen 3 mit den Planetenrollen 3 in Wirkverbindung.According to the invention, the ring gear 4 at its second longitudinal region L2 axially opposite end a radially inwardly facing retaining collar 7 on, which has a cylindrical rolling area LA with the planetary rollers 3 is in active connection. The rolling area LA is between the first journal 6.1 and the one with the spindle 2 meshing profiles P3.1 of the planetary rollers 3 with the planetary roles 3 in active connection.

Der Durchmesser des Abrollbereiches DLA entspricht in der dargestellten Ausführungsform der dem Rillen-Kontakt-Durchmesser DP des Kontaktes der Profilierungen P3.2 der Planetenrollen 3 mit den Profilierungen P4 des Hohlrades 4.The diameter of the Abrollbereiches D LA corresponds in the illustrated embodiment of the groove contact diameter D P of the contact of the profiles P3.2 of the planetary rollers 3 with the profiles P4 of the ring gear 4 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Planetenwälzgewindespindeltrieb Planetenwälzgewindespindeltrieb
22
Spindel spindle
33
Planetenrolle planetary roller
44
Hohlrad ring gear
55
Planetenrollenträger Planetary roller carrier
6.16.1
erster Lagerzapfen first journal
6.26.2
zweiter Lagerzapfen second journal
77
Haltebund retaining collar
P2P2
Profilierung der Spindel Profiling the spindle
P3.1P3.1
Profilierung der Planetenrollen im ersten Längenbereich Profiling of the planetary rollers in the first length range
P3.2P3.2
Profilierung der Planetenrollen im zweiten Längenbereich Profiling of planetary rollers in the second length range
P4P4
Profilierung des Hohlrades Profiling of the ring gear
L1L1
erster Längenbereich first length range
L2L2
zweiter Längenbereich second length range
LALA
Abrollbereich roll-off
DP D P
Rillen-Kontakt-Durchmesser Grooves contacting diameter
DLA D LA
Durchmesser des Abrollbereiches Diameter of the rolling area

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 320621 A1 [0004] EP 320621 A1 [0004]

Claims (3)

Aktor mit Planetenwälzgewindespindeltrieb (PWG) (1), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei mit einer Profilierung (P2) einer Spindel (2) in einem ersten Längenbereich (L1) mehrere Planetenrollen (3) mit ihren Profilierungen (P3.1) in Eingriff stehen und die Profilierungen (P3.2) der Planetenrollen (3) in einem zweiten Längenbereich (L2) mit einer Profilierung (P4) eines die Planetenrollen (3) umringenden Hohlrades (4) kämmen, wobei die Profilierungen (P2, P3.1, P3.2, P4) gewindeartig mit Erhebungen und sich dazwischen erstreckende Rillen ausgebildet sind und wobei die Planetenrollen (3) achsparallel zur Spindel (2) verlaufen und an beiden Enden über einen ersten (6.1) und einen zweiten (6.2) Lagerzapfen in jeweils einem drehfest abgestütztem Planetenrollenträger (5) frei drehbar um ihre eigene Längsachse positioniert sind, wobei der erste Lagerzapfen (6.1) näher zum ersten Längenbereich (L1) und der zweite Lagerzapfen (6.2) näher zum zweiten Längenbereich (L2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (4) an seinem dem zweiten Längenbereich (L2) axial gegenüberliegenden Ende einen radial nach innen weisenden Haltebund (7) aufweist, welcher über einen zylindrischen Abrollbereich (LA) mit den Planetenrollen (3) in Wirkverbindung steht.Actuator with planetary roller screw drive (PWG) ( 1 ), in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, wherein with a profiling (P2) of a spindle ( 2 ) in a first length range (L1) a plurality of planetary rollers ( 3 ) are in engagement with their profiles (P3.1) and the profiles (P3.2) of the planetary rollers ( 3 ) in a second length region (L2) with a profiling (P4) of one of the planetary rollers ( 3 ) surrounding ring gear ( 4 ), wherein the profiles (P2, P3.1, P3.2, P4) are formed in a thread-like manner with elevations and grooves extending therebetween, and wherein the planetary rollers (FIG. 3 ) parallel to the spindle ( 2 ) and at both ends via a first ( 6.1 ) and a second ( 6.2 ) Journal in each case a rotatably supported planetary roller carrier ( 5 ) are freely rotatably positioned about their own longitudinal axis, wherein the first journal ( 6.1 ) closer to the first length region (L1) and the second bearing journal ( 6.2 ) is arranged closer to the second length region (L2), characterized in that the ring gear ( 4 ) at its second longitudinal region (L2) axially opposite end a radially inwardly facing retaining collar ( 7 ), which via a cylindrical Abrollbereich (LA) with the planetary rollers ( 3 ) is in operative connection. Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltebund (7) in einem Abrollbereich (LA) zwischen dem ersten Lagerzapfen (6.1) und den mit der Spindel (2) kämmenden Profilierungen (P3.1) der Planetenrollen (3) mit den Planetenrollen (3) in Wirkverbindung steht.Actuator according to claim 1, characterized in that the retaining collar ( 7 ) in a rolling area (LA) between the first journal ( 6.1 ) and with the spindle ( 2 ) meshing profilings (P3.1) of the planetary rollers ( 3 ) with the planetary rollers ( 3 ) is in operative connection. Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (DLA) des Abrollbereiches (LA) dem Rillen-Kontakt-Durchmesser (DP) des Kontaktes der Profilierungen (P3.2) der Planetenrollen (3) mit den Profilierungen (P4) des Hohlrades (4) entspricht.Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter (D LA ) of the Abrollbereiches (LA) the groove contact diameter (D P ) of the contact of the profilings (P3.2) of the planetary rollers ( 3 ) with the profilings (P4) of the ring gear ( 4 ) corresponds.
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