DE102016213465A1

DE102016213465A1 - Linearaktor und Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem derartigen Linearaktor

Info

Publication number: DE102016213465A1
Application number: DE102016213465.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2036-07-23
Also published as: DE102016213465B4

Abstract

Linearaktor (1), mit einer Verriegelungseinrichtung (3, 43), aufweisend ein Verriegelungselement (29, 46) mit einer um eine Hubachse des Linearaktors herum ausgebildeten Kulissenbahn (17), wobei eine Verriegelungshülse (13, 45) des Verriegelungselementes (29, 46) mit mehreren über den Umfang verteilt und entlang der Hubachse in mehreren axialen Lagen angeordneten Verriegelungsanschlägen (20, 21, 22) versehen ist, ferner aufweisend einen in die Kulissenbahn (17) eingreifenden Nocken (18), wobei die Verriegelungshülse (13, 45) zwischen zwei axial zueinander beabstandeten Verriegelungsanschlägen (20, 22) mit einem mittleren Verriegelungsanschlag (21) versehen ist, der an einem vollumfänglich von dem Nocken (18) umfahrbaren sowie einstückig mit der Verriegelungshülse (13) verbundenen Verriege lungsansatz (23) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktor sowie eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem derartigen Linearaktor.
Aus DE102014206142 A1 ist ein Linearaktor nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Eine Hubeinrichtung ist durch einen Kugelgewindetrieb gebildet, dessen Gewindespindel und dessen Spindelmutter ein erstes und ein zweites Hubteil der Hubeinrichtung bilden. Der Linearaktor weist ferner eine Verriegelungseinrichtung auf, mittels der der Kugelgewindetrieb in einer gewählten Niveaulage formschlüssig überbrückt wird. Hierzu ist beispielsweise an der Gewindespindel des Gewindetriebs als erstem Hubteil ein Verriegelungsring mit Nocken verdrehbar und axial fest aufgenommen. Die Nocken sind in Führungsnuten einer Führungshülse geführt, die nachstehend als Verriegelungshülse bezeichnet wird. Der Verriegelungsring wird nach einem Ausspuren der Nocken aus den Führungsnuten mittels eines Rampenrings im Sinne eines Kugelschreiberprinzips schrittweise verdreht.
Nach Ablegen der Nocken auf die Verriegelungsanschläge wird ein den Kugelgewindetrieb überbrückender, axial formschlüssiger Anschlag gebildet. Die Verriegelungshülse ist einteilig mit angeformten Verriegelungsanschlägen und Führungsnuten ausgeführt, wobei der axiale Abstand der axialen Lagen der Verriegelungsanschläge den Niveauunterschied festlegt. Die unterschiedlichen Höhenniveaus werden nach Vorgabe des Fahrzeugherstellers eingerichtet, so dass eine eine Vielzahl unterschiedlicher Verriegelungshülsen je nach Kundenwunsch bereitgestellt werden müssen. Im Fall von drei Niveaulagen sind drei axial beabstandet zueinander angeordnete Verriegelungsanschläge vorgesehen. Konstruktionsbedingt ist es erforderlich, die unterschiedlichen Niveaulagen nacheinander abzufahren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, die ein schnelleres Anfahren einer beliebig gewählten Niveaulage ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch den Linearaktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Linearaktors sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Linearaktor ist für alle Anwendungen geeignet, in denen der Linearaktor dauerhaft in einer gewählten axialen Lage eine Last tragen muss; insbesondere eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus kann mit einem erfindungsgemäßen Linearaktor versehen sein, der die Last des Fahrzeugaufbaus zumindest anteilig tragen kann. In dieser Anwendung können an einem vierrädrigen Fahrzeug insgesamt vier Linearaktoren eingesetzt werden, die anteilig das Gewicht des Fahrzeugaufbaus tragen, auch wenn der Linearaktor abgeschaltet ist.
Der erfindungsgemäße Linearaktor kann Teil einer Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus sein und entweder zwischen dem Fahrzeugaufbau und Fahrwerksfeder oder zwischen Fahrwerksfeder und Radträger angeordnet sein. Im ersten Fall kann der erfindungsgemäße Linearaktor am oberen Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein; im zweiten Fall kann der erfindungsgemäße Linearaktor am unteren Federteller der Fahrwerksfeder angeordnet sein.
Der erfindungsgemäße Linearaktor ist mit einer Verriegelungseinrichtung versehen, die den Linearaktor in mehreren axialen Lagen verriegeln kann. Diese Verriegelungseinrichtung ist mit einem Verriegelungselement versehen, das eine um die Hubachse herum ausgebildete Kulissenbahn sowie entlang der Hubachse in mehreren axialen Lagen angeordnete Verriegelungsanschläge aufweist. Die Verriegelungsanschläge können einstückig an die Verriegelungshülse angeformt sein.
Ferner ist die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung mit einem um die Hubachse herum drehbar angeordneten, in die Kulissenbahn eingreifenden Nocken für das Zusammenwirken mit den Verriegelungsanschlägen versehen. Es können mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Nocken vorgesehen sein. Diese Nocken können in der Kulissenbahn um die Hubachse herum umlaufen. Ein die Nocken tragendes Anschlagelement kann als Verriegelungsring ausgeführt sein, über dessen Umfang mehrere der Nocken verteilt angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist ein zwischen zwei axial beabstandet zueinander angeordneten Verriegelungsanschlägen angeordneter mittlerer Verriegelungsanschlag an einem die Kulissenbahn begrenzenden Verriegelungsansatz gebildet, der vollumfänglich von dem Nocken umfahrbar ist. Diese vollumfängliche Umfahrbarkeit ermöglicht das direkte Anfahren einer gewählten axialen Lage aus einer beliebigen anderen axialen Lage und eröffnet damit neue Schaltwege.
Erfindungsgemäß ist der Verriegelungsansatz einstückig mit der Verriegelungshülse verbunden. Der Verriegelungsansatz erfordert keine weiteren Einzelteile; vielmehr kann der Verriegelungsansatz am Innenumfang der Verriegelungshülse angeformt werden. Beispielsweise kann am Innenumfang der Verriegelungshülse die Kulissenbahn etwa nutförmig in die Verriegelungshülse eingearbeitet werden. Die Verriegelungshülse ist mit allen Verriegelungsanschlägen einteilig und einstückig ausgeführt, also wie „aus einem Guss“.
Die erfindungsgemäße Verriegelungshülse kann in wirtschaftlich günstiger Weise durch Kneten und Rollieren hergestellt werden. Die am Innenumfang vorgesehene Kulissenbahn kann beispielsweise im Knetverfahren hergestellt werden. Knetverfahren zählen zu den Freiformverfahren; beispielsweise kann mit dem Rundkneten eine gezielte Wanddickenänderung von Rohren erzeugt werden. Am Innenumfang von Rohren oder Hülsen können auf diese Weise Funktionsflächen hergestellt werden, die erfindungsgemäß als Kulissenbahn ausgeführt sind.
Die Kulissenbahn kann endlos umlaufend um die Hubachse herum ausgebildet sein. Das Anschlagelement mit seinen Nocken kann in diesem Fall endlos um die Hubachse herum drehen.
Ebenso wie bei der aus der DE102014206142 A1 bekannten Vorrichtung können bei dem erfindungsgemäßen Linearaktor Schaltrampen angeordnet sein, entlang denen die Nocken bewegt werden können. Wenn ein die Nocken tragendes Anschlagelement vorgesehen ist, kann das Anschlagelement unter der Bewegung der Nocken entlang der Schaltrampen um die Hubachse gedreht werden. Mittels dieser Schaltrampen kann das insbesondere ringförmig ausgebildete Anschlagelement mit seinen Nocken schrittweise gedreht werden, ähnlich wie bei einem Kugelgeschreiber, bei dem die Nocken bei einem Betätigen die Kugelschreibermine abwechselnd in einer eingefahrenen und in einer ausgefahrenen Position halten.
In günstiger Weise kann der mittlere Verriegelungsansatz an seiner von dem mittleren Verriegelungsanschlag abgewandten Seite mit einer mittleren Schaltrampe versehen sein. Das bedeutet, der Nocken kann so gesteuert werden, dass er wahlweise zur Anlage an den Verriegelungsansatz kommt und somit eine definierte Hublage des Linearaktors einstellt; oder der Nocken kann entlang der Schaltrampe gesteuert werden zum Ansteuern einer gewählten axialen Lage. Anders als im Stand der Technik können also axial hintereinander liegend zwei Schaltrampen angeordnet sein, wobei die mittlere Schaltrampe vorzugsweise eine gegenläufige Rampenneigung zu der axial benachbarten unteren Schaltrampe hat. Der Verriegelungsansatz kann eine Doppelfunktion einnehmen: einerseits dient er der Verriegelung in einer der gewählten mittleren Lage, andererseits dient er als Schalteinrichtung dem Schalten des Verriegelungselementes.
Ebenso wie die bekannte Verriegelungseinrichtung kann die Kulissenbahn begrenzt sein durch eine Vielzahl der umfangsseitig hintereinander angeordneten unteren Schaltrampen, die an einem Rampenring ausgebildet sind, sowie durch die mittlere Schaltrampe. Diese mittlere Schaltrampe kann dann axial benachbart zu dem Rampenring angeordnet sein. Die unteren und die mittlere Schaltrampe weisen in die gleiche axiale Richtung, können aber – wie beschrieben – eine gegenläufige Rampenneigung haben. Das bedeutet, dass beispielsweise ein die Nocken tragender Verriegelungsring in beiden Drehsinnen um die Hubachse gedreht werden kann unter einer axialen Relativverschiebung der beiden Hubteile zueinander: in dem einen Drehsinn, wenn die Nocken entlang den unteren Schaltrampen verfahren werden und in dem entgegen gesetzten Drehsinn, wenn der Nocken entlang der mittleren Schaltrampe verfahren wird. Anders als im bekannten Stand der Technik ermöglicht dieser Linearaktor also ein Drehen des Anschlagelementes in beiden Drehsinnen.
Die Kulissenbahn kann ferner begrenzt sein durch obere Schaltrampen, die den unteren und gegebenenfalls den mittleren Schaltrampen zugewandt sind, sowie durch die Verriegelungsanschläge. Anders als im Stand der Technik sind demzufolge an dem Verriegelungselement axial beabstandet sowie einander zugewandte Schaltrampen angeordnet, die die Möglichkeiten von Schaltwegen des Anschlagelementes erheblich verbessern. Ein Drehen des Anschlagelementes für Schaltzwecke kann demzufolge in beiden Drehsinnen erfolgen.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei mit gegenläufiger Rampenneigung versehene obere Schaltrampen vorgesehen, zwischen denen einer der Verriegelungsanschläge angeordnet ist. Das bedeutet, ein Nocken, der in diesen oberen Verriegelungsanschlag fahren soll, kann sich aus beiden Umfangsrichtungen kommend in Richtung auf diesen oberen Verriegelungsanschlag zubewegen und entlang der jeweiligen oberen Schaltrampe verfahren werden bis zum Anschlagen des Nockens an dem oberen Verriegelungsanschlag.
Erfindungsgemäße Linearaktoren können beispielsweise drei axiale Lagen mit der Verriegelungseinrichtung bestimmen; im Fall einer Vorrichtung für die Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus eine untere, eine mittlere und eine obere axiale Lage. Es können weitere axialen Lagen vorgesehen sein, beispielsweise können zwei oder mehrere axial versetzt angeordnete mittlere Verriegelungsansätze vorgesehen sein, die vollumfänglich vom Nocken umfahrbar sein können; in diesem Fall können vier oder mehr axiale Lagen angefahren werden.
Die einstückig gebildete Verriegelungshülse kann einen äußeren Mantel aufweisen, an dessen Innenumfang die Kulissenbahn nutenförmig ausgebildet ist, wobei der Verriegelungsansatz und die Verriegelungsanschläge die Kulissenbahn begrenzen. Wenn die Kulissenbahn in den Innenumfang des Mantels eingearbeitet wird, also Material entfernt oder verdrängt wird, weist die Kulissenbahn Nutwände auf, die durch die Konturen des Verriegelungsansatzes und der Verriegelungsanschläge gebildet sein können.
Der äußere umfangsseitig über seine axiale Erstreckung geschlossene Mantel bietet einerseits Schutz vor Eindringen von Fremdstoffen in die Verriegelungshülse; andererseits ist der Mantel Träger der Kulissenbahn sowie des vollständig umfahrbaren Verriegelungsansatzes.
Die Verriegelungshülse kann mit den Schaltrampen zum Verdrehen der Nocken um die Hubachse versehen sein, wobei diese Schaltrampen die Kulissenbahn begrenzen. Die oben erwähnten Nutwände der Kulissenbahn können ebenfalls durch die Konturen der Schaltrampen gebildet sein.
Die Verriegelungshülse und der Rampenring können mit ihren einander zugewandten Stirnflächen aneinander anliegen und mit Vorsprüngen und Ausnehmungen drehfest ineinander greifen. Die Vorsprünge und Ausnehmungen sind vorzugsweise so angeordnet, dass diese nur in einer vorbestimmten Drehlage von Verriegelungshülse und Rampenring zueinander montiert werden können.
Das Verriegelungselement kann ferner einen axial benachbart zu der Verriegelungshülse angeordneten Rampenring aufweisen, der mit die Kulissenbahn begrenzenden Schaltrampen versehen ist, die die Verriegelungshülse axial überlappen. Die Schaltrampen können an Schaltfingern ausgebildet sein, die radial innerhalb der Verriegelungshülse angeordnet sind, und die in die nutenförmige Kulissenbahn der Verriegelungshülse eingreifen und die Kulissenbahn begrenzen.
Die Rampenfinger können die Verriegelungshülse axial überlappen, wobei axial kürzere und axial längere Rampenfinger beide mit unteren Schaltrampen versehen sein können. In diesem Fall sind die unteren Schaltrampen axial versetzt zueinander über den Umfang des Rampenrings angeordnet. Die axial längeren Rampenfinger tragen in diesem Fall die unteren Schaltrampen, die axial benachbart zu den mittleren Verriegelungsanschlägen angeordnet sind. Die axial kürzeren Rampenfinger tragen in diesem Fall diejenigen Schaltrampen, die axial benachbart zu den unteren Verriegelungsanschlägen angeordnet sind. Die unmittelbare axiale Nachbarschaft der Verriegelungsanschläge zu den Schaltrampen trägt dazu bei, die Schaltwege zu verkürzen.
Alternativ kann der Rampenring ausschließlich mit Schaltrampen versehen sein, die axial benachbart zu den unteren Verriegelungsanschlägen angeordnet sind. In diesem Fall können die unteren Schaltrampen tragende Rampenansätze an der Verriegelungshülse ausgebildet sein. Diese Rampenansätze können ebenso wie der oben beschriebene Verriegelungsansatz einstückig mit der Verriegelungshülse verbunden sein. Beispielsweise kann dieser Verriegelungsansatz an den Mantel der Verriegelungshülse angeformt sein. Die unteren Schaltrampen der Rampenansätze sind in diesem Fall axial benachbart zu den mittleren Verriegelungsanschlägen angeordnet.
Die Verriegelungshülse und der Rampenring können in einem gemeinsamen Gehäuse befestigt sein. Das Gehäuse kann als ringförmige Manschette ausgebildet sein; aufgrund des vorzugsweise geschlossen ausgeführten Mantels der Verriegelungshülse ist es mit Blick auf das Eindringen von unerwünschten Fremdstoffen nicht erforderlich, dass das Gehäuse die Verriegelungshülse über deren gesamte axiale Erstreckung vollständig umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Hubeinrichtung enthalten, beispielsweise zum Heben eines Fahrzeugaufbaus. Ein erstes Hubteil und ein zweites Hubteil sind entlang einer Hubachse relativ zueinander verschiebbar angeordnet. Relativverschiebungen entlang der Hubachse gehen im Fall eines Niveauverstellers mit einer Niveauverstellung des Fahrzeugaufbaus einher. Diese Hubeinrichtung kann einerseits an den Fahrzeugaufbau und andererseits radträgerseitig angeschlossen sein. Diese Anordnung ist zweckmäßig, wenn die Die Hubeinrichtung an den unteren höhenverstellbaren Federteller angebunden ist. Die Hubeinrichtung kann in einer alternativen Anordnung einerseits am Fahrzeugaufbau gelagert und andererseits an dem oberen Federteller angebunden sein. Diese Anordnung ist bei höhenverstellbaren oberen Federtellern zweckmäßig. Die beiden Hubteile sind beispielsweise durch elektromotorischen Antrieb relativ zueinander entlang der Hubachse verschieblich.
Diese Hubeinrichtung kann durch einen Gewindetrieb gebildet sein, wobei die beiden Hubteile durch eine Gewindespindel und eine Spindelmutter gebildet sein können. Die Gewindespindel oder die Spindelmutter als eines der beiden Hubteile kann von einem Drehantrieb wie beispielsweise von einem Elektromotor mittels eines Riemen-, Ketten-, Zahnradantriebs oder dergleichen drehangetrieben und axial fest in einem Gehäuse aufgenommen sein. Das andere Hubteil kann drehfest und axial verlagerbar gegenüber dem einen Hubteil gelagert sein, so dass unter Betätigung des Gewindetriebs eine axiale Verlagerung der Hubteile zueinander erfolgt.
Zur besseren Lastübertragung und zum Schutz der Hubeinrichtung ist die oben beschriebene, die Hubeinrichtung formschlüssig überbrückende Verriegelungseinrichtung vorgesehen. In einer Verriegelungsposition können Kräfte beispielsweise zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern über die Verriegelungseinrichtung übertragen werden. Die Hubeinrichtung ist in einer Verriegelungsposition vom Gewicht des Fahrzeugaufbaus entlastet. In allen Anwendungen mit dauernder Belastung des Linearaktors ermöglicht die Verriegelungseinrichtung also eine zuverlässige Halteposition in einer der axialen Lagen. Insbesondere bei Verwendung von Kugelgewindetrieben als Hubeinrichtung werden die Kugeln druckentlastet, die an Kugelrillen der Spindelmutter und der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind. Während der Verstellung übertragen die Kugeln das Gewicht des Fahrzeugaufbaus.
Das Anschlagelement des erfindungsgemäßen Linearaktors kann drehbar und axial unverschieblich an dem ersten Hubteil der Hubeinrichtung gelagert sein, und das Verriegelungselement kann axial an dem zweiten Hubteil gelagert sein.
Der erfindungsgemäße Linearaktor kann Bestandteil einer Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus sein, wie weiter oben schon beschrieben wurde. Die Hubeinrichtung kann durch einen Gewindetrieb gebildet sein, der eine entlang der Hubachse angeordnete, das erste Hubteil bildende Gewindespindel sowie eine das zweite Hubteil bildende Spindelmutter aufweist. Der Gewindetrieb ist vorzugsweise durch einen Kugelgewindetrieb gebildet ist, dessen Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Spindelmutter und der Gewindespindel abwälzen. Mit derartigen Kugelgewindetrieben können zuverlässige Stellbewegungen des Linearaktors durchgeführt werden.
Wenn unter Betätigung des Gewindetriebs die Verriegelungsanschläge axial weg von den Nocken verlagert werden, kann der Verriegelungsring gegenüber der Verriegelungshülse verdreht werden. Dies wird im Zusammenspiel mit dem Rampenring und gegebenenfalls durch die mittleren und oberen Schaltrampen sichergestellt: unter axialer Relativverschiebung des Verriegelungsrings in Richtung auf den Rampenring schlagen die Nocken des Verriegelungsrings gegen stirnseitig an dem Rampenring angeordnete Schaltrampen oder gegen die mittleren Schaltrampen an. Unter der Keilwirkung zwischen Nocken und Schaltrampe verdreht der Verriegelungsring soweit in Umfangsrichtung, bis seine Nocken ausgerichtet sind für den Eingriff mit an der Verriegelungshülse ausgebildeten Verriegelungsanschlägen, oder für das Entlangleiten entlang eines weiteren Abschnitts der Kulissenbahn.
Erfindungsgemäße Linearaktoren können ebenso wie die bekannten Linearaktoren mit Steuerkanten versehene Verriegelungseinrichtungen aufweisen. Diese Steuerkanten dienen dazu, die Nocken auf die Verriegelungsanschläge einzusteuern und auszurichten, sofern dies erforderlich ist.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung sind folgende Bauteile in der nachstehend beschriebenen Weise miteinander verbunden: Der drehbar und in Bezug auf die Gewindespindel axial fest aufgenommene Verriegelungsring ist mit den über den Umfang verteilt angeordneten Nocken versehen. Die Verriegelungshülse und der Rampenring sind starr miteinander verbunden und axial fest gegenüber der Spindelmutter. Vorteilhafte erfindungsgemäße Vorrichtungen weisen sowohl im Fall einer drehangetriebenen Spindelmutter als auch im Fall einer drehangetriebenen Gewindespindel zwei Gruppen von Bauteilen auf, deren Bauteile axial unbeweglich zueinander angeordnet bleiben:
Die eine Gruppe weist eine Fahrzeugadaption zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Fahrzeug auf, sowie die Gewindespindel und den Verriegelungsring. Die Fahrzeugadaption kann beispielsweise eine Adapterhülse umfassen, auf der die Gewindespindel montiert ist. Diese Adapterhülse kann in einigen Anwendungsfällen mit einem Dämpferrohr verbunden sein.
Die andere Gruppe weist die Spindelmutter auf, sowie die Verriegelungshülse und den Rampenring.
Im Fall einer drehangetriebenen Spindelmutter sind der Rampenring und die Verriegelungshülse gegenüber der Spindelmutter in axialer Richtung zwar abgestützt, jedoch kann die Spindelmutter gegenüber dem Rampenring und der Verriegelungshülse um die Spindelachse drehen. Die Spindelmutter, die Verriegelungshülse und ein die Schaltrampen tragender Rampenring können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein; in diesem Fall ist die Spindelmutter in dem Gehäuse drehbar gelagert. Während einer Niveauverstellung verfährt diese Gruppe von Bauteilen relativ zur Fahrbahn und hebt oder senkt den Fahrzeugaufbau.
Im Fall einer drehangetriebenen Gewindespindel können der Rampenring mit den über den Umfang ansteigen verteilten Schaltrampen sowie die Verriegelungshülse drehfest mit der Spindelmutter angeordnet sein.
Vorzugsweise weist das Anschlagelement drei über den Umfang verteilt angeordnete Nocken auf, denen in jeder axialen Lage jeweils ein Verriegelungsanschlag zugeordnet ist. Auf diese Wiese können axiale Druckkräfte entlang der Hubachse einwandfrei übertragen werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt 14 Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem erfindungsgemäßen Linearaktor in perspektivischer Darstellung und aufgebrochen,
2 Bauteile aus 1 in perspektivischer Darstellung,
3 weitere Bauteile aus 1 im Längsschnitt,
4 eine Baugruppe einer Verriegelungseinrichtung des Linearaktors aus 1 in perspektivischer Darstellung
5 eine Verriegelungshülse der Baugruppe aus 4 in perspektivischer Darstellung,
6 die Verriegelungshülse der Baugruppe aus 4 im Längsschnitt
7 die Verriegelungshülse aus 6 in Stirnansicht,
8 einen Rampenring der Baugruppe aus 4 in perspektivischer Darstellung,
9 den Rampenring aus 8 in einer Ansicht,
10 eine modifizierte Baugruppe einer Verriegelungseinrichtung des Linearaktors aus 1 in perspektivischer Darstellung,
11 einen Längsschnitt durch die Verriegelungshülse der Baugruppe aus 10,
12 die Verriegelungshülse aus 11 in perspektivischer Darstellung,
13 einen Rampenring der Baugruppe aus 10,
14 den Rampenring aus 13 in perspektivischer Darstellung.
Die 1, 2 und 3 zeigen eine Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem erfindungsgemäßen Linearaktor 1, der eine einen Fahrzeugaufbau hebende Hubeinrichtung 2 aufweist sowie eine Verriegelungseinrichtung 3, die die Hubeinrichtung 2 an drei axialen Lagen formschlüssig überbrückt.
Der in der 1 skizzierte Linearaktor 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen einem Fahrzeugaufbau (nicht abgebildet) und einem Radträger (nicht abgebildet) am unteren Federteller einer Fahrwerksfeder angeordnet; Die Hubeinrichtung 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Gewindetrieb 4 gebildet ist, und zwar durch einen Kugelgewindetrieb 5. Der Kugelgewindetrieb 5 weist eine Spindelmutter 6 sowie eine Gewindespindel 7 auf. In bekannter Weise sind Kugeln zwischen der Spindelmutter 6 und der Gewindespindel 7 angeordnet, die in einem endlosen Kugelkanal endlos umlaufen. Der endlose Kugelkanal wird gebildet durch schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen der Spindelmutter 6 und der Gewindespindel 7 und durch einen hier nicht weiter abgebildeten Umlenkkanal, in dem die Kugeln von einem Anfang zu einem Ende der schraubenförmigen Kugelrillen umgelenkt werden.
Die 1 zeigt eine radträgerseitig angeordnete Adapterhülse 8 der Vorrichtung, auf der der erfindungsgemäße Linearaktor 1 in diesem Ausführungsbeispiel angeordnet ist. Auf der Adapterhülse 8 ist die hohle Gewindespindel 7 unbeweglich gehaltert.
Die Gewindespindel 7 bildet ein erstes Hubteil 11 und die Spindelmutter 6 bildet ein zweites Hubteil 12 der Hubeinrichtung 2.
Ein Elektromotor 9 treibt die Spindelmutter 6 drehend an. Der Linearaktor 1 weist ein Gehäuse 10 auf, in dem der Kugelgewindetrieb 5, die Verriegelungseinrichtung 3 sowie eine Antriebsverbindung zwischen Elektromotor 9 und die darin drehbar gelagerte Spindelmutter 6 untergebracht sind. Am Gehäuse 10 ist ein nicht abgebildeter unterer Federteller abgestützt, der eine Fahrwerksfeder (nicht abgebildet) trägt. Unter Betätigung des Linearaktors 1 verfährt das erste Hubteil 11 gegenüber dem zweiten Hubteil 12 entlang einer Hubachse, so dass der Fahrzeugaufbau angehoben oder abgesenkt wird. In diesem Ausführungsbeispiel verlagern gegenüber der radträgerseitigen Adapterhülse 8: das Gehäuse 10 mit der Spindelmutter 6 sowie mit dem Elektromotor 9, der an dem Gehäuse 10 gehaltert ist.
Die auf das Gehäuse 10 wirkende Last des Fahrzeugaufbaus wird in einer gwählten Niveaulage des Fahrzeugaufbaus über die Verriegelungsein-richtung 3 in die Adapterhülse 8 geleitet und radträgerseitig abgestützt.
Die 2 und 3 zeigen deutlich ein als Verriegelungsring 16 ausgebildetes Anschlagelement 19. Der Verriegelungsring 16 ist mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Nocken 18 versehen. Der Verriegelungsring 16 ist über ein Lager 34 drehbar und axial unverschieblich an der Gewindespindel 7 gelagert.
4 zeigt eine Baugruppe des erfindungsgemäßen Linearaktors mit den folgenden unbeweglich miteinander verbundenen Bauteilen: Das Gehäuse 10 ist als ringförmige Manschette 37 ausgebildet und umfasst ein Verriegelungselement 29, das eine Verriegelungshülse 13 sowie einen Rampenring 15 aufweist.. Im Inneren der Baugruppe ist deutlich eine Kulissenbahn 17 zu erkennen, die im Ausführungsbeispiel endlos umlaufend ausgeführt ist. In die Kulissenbahn 17 greifen die hier nicht abgebildeten Nocken 18 des Verriegelungsrings 16 ein.
Der Verriegelungsring 16 wird während eines vollständigen Umlaufs um die Kulissenbahn 17 entlang der Hubachse verlagert. Die Hubachse ist im Ausführungsbeispiel zugleich die Drehachse des Kugelgewindetriebes 5. Die Nocken 18 kommen in drei unterschiedlichen axialen Lagen zur Anlage an Verriegelungsanschläge 20, 21, 22 der Verriegelungseinrichtung 3, von denen in dieser Abbildung lediglich der untere Verriegelungsanschlag 22 zu sehen ist, der am Innenumfang der Verriegelungshülse 13 ausgebildet ist. In der Anschlagsituation bestimmen die Nocken ein axiales Niveau des Fahrzeugaufbaus und tragen die wirkende Last des Fahrzeugaufbaus. Im Ausführungsbeispiel trägt der Verriegelungsring 16 an seinem Außenumfang drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Nocken 18.
5 zeigt die Verriegelungshülse 13 als Einzelteil in perspektivischer Darstellung. Sie weist einen äußeren Mantel 35 auf, der im Ausführungsbeispiel vollumfänglich geschlossen ausgeführt ist. Am Innenumfang des Mantels 35 ist die Kulissenbahn 17 nutförmig ausgebildet. Die Kulissenbahn 17 ist hier in den Mantel 35 eingearbeitet. Material des Mantels ist unter Bildung der Kulissenbahn 17 verdrängt, die von Nutwänden 36 begrenzt ist.
Drei über den Umfang verteilt angeordnete obere Verriegelungsanschläge 20 sind an der Verriegelungshülse 13 ausgebildet. Drei über den Umfang verteilt angeordnete mittlere Verriegelungsanschläge 21 sind an Verriegelungsansätzen 23 ausgebildet. Drei über den Umfang verteilt angeordnete untere Verriegelungsanschläge 22 sind an dem unteren Ende der Verriegelungshülse 13 angeordnet. Die Verriegelungsanschläge 20, 21, 22 bilden Nutwände 36 der Kulissenbahn 17.
Die drei Verriegelungsansätze 23 sind vollumfänglich von den Nocken 18 des Verriegelungsringes 16 umfahrbar. Sie sind einstückig mit dem Mantel 35 der Verriegelungshülse 13 verbunden. Die Verriegelungsansätze 23 tragen sowohl die mittleren Verriegelungsanschläge 21 als auch mittlere Schaltrampen 25, entlang denen die Nocken 18 gleiten können um eine Verdrehung des Verriegelungsrings 16 zu bewirken. Die Schaltrampen bilden ebenfalls Nutwände 36 der Kulissenbahn 17.
Die oberen Verriegelungsanschläge 20 legen eine tiefe Lage des Fahrzeugaufbaus fest. Die mittleren Verriegelungsanschläge 21 legen eine mittlere Lage des Fahrzeugaufbaus fest. Die unteren Verriegelungsanschläge 22 legen eine obere Lage des Fahrzeugaufbaus fest. In jeder dieser Lagen liegen die drei Nocken 18 an den Verriegelungsanschlägen 20, 21, 22 der gewählten Lage an.
6 zeigt deutlich die Lage der drei axial hintereinander angeordneten Verriegelungsanschläge 20, 21, 22. Ferner sind obere Schaltrampen 26 zu erkennen, von denen jeweils zwei etwa keilförmig angeordnet sind und in der Keilspitze den oberen Verriegelungsanschlag 20 bilden. Am unteren Ende der Verriegelungshülse 13 sind an deren Stirnseite über den Umfang verteilt angeordnete Ausnehmungen 39 ausgebildet.
7 zeigt die Verriegelungshülse 13 in einer Stirnansicht; der lichte Durchmesser ist etwas größer als der Außendurchmesser des Verriegelungsrings 16, so dass der Verriegelungsring 16 entlang der Verriegelungshülse 13 verlagert werden kann. Die radiale Tiefe der Kulissenbahn 17 ist so bemessen, das die Nocken 18 des Verriegelungsringes 16 einwandfrei eingreifen und mit den Nutwänden 36 zusammenarbeiten können.
Die 8 und 9 zeigen den Rampenring 15, der einen äußeren ringförmigen Abschnitt 38 aufweist, an dessen einer Stirnseite mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge 40 ausgebildet sind. Der Außendurchmesser des ringförmigen Abschnitts 38 ist im Ausführungsbeispiel so groß wie der Außendurchmesser der Verriegelungshülse 13. Die Vorsprünge 40 greifen in der vorgesehenen Drehlage von Verrieglungshülse 13 und Verriegelungsring 16 in die Ausnehmungen 39 der Verriegelungshülse 13. Die Vorsprünge 40 und die Ausnehmungen sind etwa keilförmig ausgebildet; auf diese Weise ist ein Eingreifen der Keilspitzen der Vorsprünge 40 in die erweiterten Keilenden der Ausnehmungen 39 auch dann gewährleistet, wenn eine Abweichung von der vorbestimmte Drehlage des Rampenrings 15 und der Verriegelungshülse 13 zueinander vorliegt. Unter dem Eintauchen dieser keilförmigen Vorsprünge 40 in die keilförmigen Ausnehmungen 39 kommen die Keilspitzen der Vorsprünge zur Anlage an Keilflanken der Ausnehmungen, so dass eine Relativdrehung zwischen Rampenring 15 und Verriegelungshülse 13 erfolgt.
Am Innenumfang des ringförmigen Abschnitts 38 sind über den Umfang verteilt angeordnete Schaltrampen 24 radial beabstandet zum Außenumfang des ringförmigen Abschnitts 38 angeordnet. Die Schaltrampen 24 sind an Rampenfingern 41, 42 ausgebildet. Die Rampenfinger 41, 42 greifen in die nutförmige Kulissenbahn 17 der Verriegelungshülse 13 ein, wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist. Die axial kürzeren Rampenfinger 41 sind den unteren Verriegelungsanschlägen 22 zugeordnet. Die axial längeren Rampenfinger 42 sind den mittleren Verriegelungsanschlägen 21 zugeordnet.
Die Schaltwege des erfindungsgemäßen Linearaktors entsprechen den Schaltwegen, wie sie in der deutschen Patentanmeldung 102015215242.1 auf den Seiten 15 bis 21 zu den 15 bis 20 beschrieben sind. Insoweit werden die angegebenen Textstellen und Figuren als zur Erfindung gehörend in Bezug genommen.
Mit dem hier beschriebenen Linearaktor kann mit einer geeigneten Abfolge von Betätigungen der Hubeinrichtung jede der axialen Lagen direkt angesteuert werden. Besonders vorteilhaft ist die beschriebene Anordnung von Schaltrampen, die ein Verdrehen des Anschlagelementes oder des Verriegelungsrings in beiden Drehrichtungen ermöglicht, in Kombination mit entsprechender Betätigung der Hubeinrichtung. Der in der Kulissenbahn vollumfänglich umfahrbare Verriegelungsansatz unterstützt dieses direkte Anfahren in vorteilhafter Weise.
Die in den 10 bis 14 abgebildete Baugruppe einer modifizierten Verriegelungeinrichtung 43 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Verriegelungseinrichtung 3 lediglich durch ein modifiziertes Verriegelungselement 46, das einen modifizierten Rampenring 44 und eine modifizierte Verriegelungshülse 45 aufweist: an dem Rampenring 44 sind lediglich die kürzeren Rampenfinger 41 ausgebildet, wie insbesondere den 13 und 14 zu entnehmen ist. Die längeren Rampenfinger sind weggefallen und in die Verriegelungshülse 45 als Rampenansatz 47 integriert, wie insbesondere den 11 und 12 zu entnehmen ist. Die Rampenansätze 47 sind ebenso wie der Verriegelungsansatz 23 einstückig an die Verriegelungshülse 45 angeformt. Die Rampenansätze 47 begrenzen die Kulissenbahn 17. Die Kontur der Rampenansätze 47 ist demzufolge Teil der Nutwände 36 der nutförmigen Kulissenbahn 17.
Die 13 und 14 zeigen deutlich den Rampenring 44, der lediglich mit den kürzeren Rampenfingern 41 versehen ist.
Bezugszeichenliste

1: Linearaktor
2: Hubeinrichtung
3: Verriegelungseinrichtung
4: Gewindetrieb
5: Kugelgewindetrieb
6: Spindelmutter
7: Gewindespindel
8: Adapterhülse
9: E-Motor
10: Gehäuse
11: erstes Hubteil
12: zweites Hubteil
13: Verriegelungshülse
14
15: Rampenring
16: Verriegelungsring
17: Kulissenbahn
18: Nocken
19: Anschlagelement
20: oberer Verriegelungsanschlag
21: mittlerer Verriegelungsanschlag
22: unterer Verriegelungsanschlag
23: Verriegelungsansatz
24: untere Schaltrampe
25: mittlere Schaltrampe
26: obere Schaltrampe
27
28
29: Verriegelungselement
30
31
32
33
34: Lager
35: Mantel
36: Nutwand
37: ringförmige Manschette
38: ringförmiger Abschnitt
39: Ausnehmung
40: Vorsprung
41: kürzerer Rampenfinger
42: längerer Rampenfinger
43: Verriegelungseinrichtung
44: Rampenring
45: Verriegelungshülse
46: Verriegelungselement
47: Rampenansatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014206142 A1 [0002, 0014]
DE 102015215242 [0073]

Claims

Linearaktor (1), mit einer Verriegelungseinrichtung (3, 43), aufweisend ein Verriegelungselement (29, 46) mit einer um eine Hubachse des Linearaktors herum ausgebildeten Kulissenbahn (17), wobei eine Verriegelungshülse (13, 45) des Verriegelungselementes (29, 46) mit mehreren über den Umfang verteilt und entlang der Hubachse in mehreren axialen Lagen angeordneten Verriegelungsanschlägen (20, 21, 22) versehen ist, ferner aufweisend einen in die Kulissenbahn (17) eingreifenden Nocken (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungshülse (13, 45) zwischen zwei axial zueinander beabstandeten Verriegelungsanschlägen (20, 22) mit einem mittleren Verriegelungsanschlag (21) versehen ist, der an einem vollumfänglich von dem Nocken (18) umfahrbaren sowie einstückig mit der Verriegelungshülse (13) verbundenen Verriegelungsansatz (23) ausgebildet ist.
Linearaktor (1) nach Anspruch 1, dessen einstückig gebildete Verriegelungshülse (13, 45) einen äußeren Mantel (35) aufweist, an dessen Innenumfang die Kulissenbahn (17) nutenförmig ausgebildet ist, wobei der Verriegelungsansatz (23) und die Verriegelungsanschläge (20, 21, 22) die Kulissenbahn (17) begrenzen.
Linearaktor nach Anspruch 2, dessen Verriegelungshülse (13, 45) mit Schaltrampen (25, 26) zum Verdrehen des Nockens (18) um die Hubachse versehen ist, wobei die Schaltrampen (25, 26) die Kulissenbahn (17) begrenzen.
Linearaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verriegelungselement (29, 46) ferner einen axial benachbart zu der Verriegelungshülse (13, 45)) angeordneten Rampenring (15, 44) aufweist, der mit die Kulissenbahn (17) begrenzenden Schaltrampen (24, 25) versehen ist, die die Verriegelungshülse (13, 45) axial überlappen.
Linearaktor nach nach Anspruch 4, dessen Rampenring (15, 44) mit die Kulissenbahn (17) begrenzenden Rampenfingern (41, 42) versehen ist, die die Verriegelungshülse (13, 45) axial überlappen, wobei die Rampenfinger (41, 42) mit unteren Schaltrampen (25) versehen sind.
Linearaktor nach Anspruch 5, dessen Verriegelungselement (29, 46) mit über den Umfang verteilt sowie axial versetzt zueinander angeordneten unteren Schaltrampen (25) versehen ist.
Linearaktor nach Anspruch 6, dessen Rampenring (44) mit die unteren Schaltrampen (25) tragenden Rampenfingern (41) versehen ist, die axial benachbart zu dem unteren Verriegelungsanschlag (22) angeordnet sind, und dessen Verriegelungshülse (45) mit die unteren Schaltrampen (25) tragenden Rampenansätzen (47) versehen ist, die axial benachbart zu dem mittleren Verriegelungsanschlag (21) angeordnet sind.
Linearaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dessen Verriegelungshülse (13) und Rampenring (15) in einem gemeinsamen Gehäuse (10) befestigt sind.
Vorrichtung zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus mit einem Linearaktor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Hubeinrichtung (2) entweder zwischen einer Fahrwerksfeder und einem Fahrzeugaufbau oder zwischen einem Radträger und dem Fahrzeugaufbau wirksam angeordnet ist.
Linearaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer Hubeinrichtung (2), deren erstes Hubteil (11) und zweites Hubteil (12) entlang der Hubachse relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind, wobei die Verriegelungseinrichtung (3, 43) die Hubeinrichtung (2) an mehreren axialen Lagen formschlüssig überbrückt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dessen Hubeinrichtung (2) durch einen Gewindetrieb (4) gebildet ist, der eine entlang der Hubachse angeordnete, das erste Hubteil (11) bildende Gewindespindel (7) sowie eine das zweite Hubteil (12) bildende Spindelmutter (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dessen Gewindetrieb (4) durch einen Kugelgewindetrieb (5) gebildet ist, dessen Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Spindelmutter (6) und der Gewindespindel (7) abwälzen.