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Die Erfindung betrifft einen in einem elektromechanischen Aktor, beispielsweise Brems- oder Kupplungsaktor, verwendbaren Gewindetrieb.
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Eine Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Kugelgewindetrieb ist zum Beispiel aus der
WO 2004/005095 A1 bekannt.
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Aus der
DE 102 07 759 A1 ist eine zur Betätigung einer Schalttrennkupplung geeignete elektromotorische Ausrückvorrichtung bekannt, welche mit einem Gewindetrieb, nämlich einem Kugelgewindetrieb, arbeitet.
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Die
DE 10 2014 225 669 A1 offenbart eine Kupplungsaktorik mit ineinander geschachtelten Gewindetrieben, welche zusammen eine Teleskopanordnung bilden.
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Die
DE 10 2008 046 119 A1 offenbart einen Kugelgewindetrieb, welcher insbesondere für eine elektromechanische Lenkung geeignet sein soll. Dieser Kugelgewindetrieb umfasst eine Gewindespindel mit variabler Steigung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindetrieb gegenüber dem Stand der Technik dahingehend weiterzuentwickeln, dass auf Basis einer einheitlichen Grundkonzeption unterschiedlichste Übersetzungsverhältnisse, insbesondere mit variabler Übersetzung innerhalb ein und desselben Getriebes, realisierbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Gewindetrieb weist in an sich bekannter Grundkonzeption eine drehbare Gewindespindel auf, welche mit einer Spindelmutter zusammenwirkt, die in einem Gehäuse geführt ist. Erfindungsgemäß ist die Spindelmutter mittels einer zumindest abschnittsweise schraubenförmig gewundenen Führungskulisse in dem Gehäuse geführt. Die schraubenförmig gewundene Führungskulisse kann hierbei eine einheitliche Steigung oder eine in der Längsrichtung des Gewindetriebs variable Steigung aufweisen. Im letztgenannten Fall weist der Gewindetrieb eine Übersetzung auf, welche von der Position der Spindelmutter im Gehäuse abhängt.
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Werden diverse Gewindespindeln, Spindelmuttern sowie Gehäuse bereitgestellt, welche hinsichtlich ihrer Anschlussmaße kompatibel sind, so ist damit insgesamt ein Bausatz gegeben, welcher durch verschiedene Kombination der genannten Komponenten auf einfache Weise den Zusammenbau unterschiedlicher Gewindetriebe mit den jeweiligen Anforderungen angepasster Übersetzung ermöglicht. Die Führungskulisse beschreibt in bevorzugter Ausgestaltung ein Gewinde, welches eine Steigung aufweist, die größer als die Steigung der Gewindespindel ist. Die Funktion der Führungskulisse kann alternativ durch einen zweiten Gewindetrieb übernommen werden, welcher hinsichtlich seiner Bauart mit dem durch die Gewindespindel und die Spindelmutter gebildeten Gewindetrieb übereinstimmt, jedoch ein anderes Übersetzungsverhältnis aufweist. Insbesondere kann die Steigung des durch die Führungskulisse gebildeten Gewindes mehr als doppelt so groß wie die Steigung des Gewindes der Gewindespindel sein. Zumindest ein Abschnitt der Führungskulisse kann als reine Linearführung gestaltet sein, welche als entartetes Gewinde mit unendlich großer Steigung aufgefasst werden kann. Der Übergang zwischen einem durch die Führungskulisse beschriebenen Gewinde mit endlicher Steigung und einem Abschnitt der Führungskulisse, welcher als reine Linearführung ausgebildet ist, ist vorzugsweise abgerundet. In demjenigen Abschnitt des Gehäuses, in welchem die Führungskulisse als reine Linearführung ausgebildet ist, unterscheidet sich der erfindungsgemäße Gewindetrieb funktionell nicht von einem herkömmlichen, zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung verwendeten Spindeltrieb.
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Das durch die Führungskulisse beschriebene Gewinde kann eine Orientierung aufweisen, welche der Orientierung des Gewindes der Gewindespindel entspricht. In diesem Fall wird zur Linearbewegung, welche durch die Zusammenwirkung zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter erzeugt wird, eine weitere Vorschubbewegung in der gleichen Richtung addiert, welche durch die Zusammenwirkung der Spindelmutter mit dem Gehäuse erzeugt wird. Weisen umgekehrt das durch die Führungskulisse gegebene Gewinde einerseits und das durch die Gewindespindel gegebene Gewinde andererseits entgegengesetzte Orientierungen auf, so ergibt sich beim Antrieb der Spindelmutter eine Subtraktion von Geschwindigkeiten. Durch eine variable Steigung der Führungskulisse ist damit innerhalb ein und desselben Gewindetriebs eine sehr weite Bandbreite an Übersetzungsverhältnissen realisierbar. Entspricht die Steigung des durch die Führungskulisse beschriebenen Gewindes annähernd der Steigung des Gewindes der Gewindespindel, so ist ein extrem hohes Untersetzungsverhältnis des Gewindetriebs bis nahe an ein infinitesimales Getriebe gegeben.
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Der Gewindetrieb ist vorzugsweise als Wälzgewindetrieb, beispielsweise Rollengewindetrieb oder Kugelgewindetrieb, ausgebildet. Das Gewinde der Gewindespindel sowie der Spindelmutter kann als eingängiges oder mehrgängiges Gewinde ausgebildet sein. Bei der in das Gehäuse eingearbeiteten Führungskulisse handelt es sich beispielsweise um eine Führungsnut, in welche mindestens ein Führungsstift eingreift, der mit der Spindelmutter verbunden oder unmittelbar durch die Spindelmutter gebildet ist.
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In jedem Abschnitt der Führungskulisse, in welchem diese keine reine Linearführungsfunktion hat, wird eine Rotation der Gewindespindel zwangsläufig nicht nur in einen Vorschub der Spindelmutter, sondern auch in eine Verdrehung der Spindelmutter umgesetzt. Eine solche Verdrehung ist in typischen Anwendungsfällen, beispielsweise bei Verwendung des Gewindetriebs in einem Bremsaktuator oder einem Kupplungsaktuator, kein gewünschter Effekt. Von daher ist die Spindelmutter gegenüber einem zu betätigenden, das heißt linear zu verlagernden Bauteil bevorzugt entkoppelt, was relative Verdrehungen um die Längsachse des Gewindetriebs betrifft.
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Zur Entkopplung zwischen der Spindelmutter und dem zu verlagernden Bauteil ist ein herkömmliches Axiallager, beispielsweise in Form eines Axialrollenlagers, eines Axialnadellagers oder eines in Axialrichtung abstützenden Gleitlagers, geeignet. Prinzipiell kann der Gewindetrieb auch derart aufgebaut sein, dass die Spindelmutter als rotierendes Antriebselement des Gewindetriebs fungiert, während eine lineare Bewegung der Gewindespindel zur Verlagerung eines zu betätigenden Maschinenelementes, beispielsweise Elementes einer Kupplung oder einer Bremse, genutzt wird. Die Gewindespindel ist hierbei zum Beispiel als Hohlspindel ausgebildet, wobei sich die Führungskulisse im Inneren der Hohlspindel befindet. Alternativ kann die Führungskulisse am Außenumfang der Gewindespindel angreifen, wobei in diesem Fall die Führungskulisse gegenüber demjenigen Abschnitt der Gewindespindel, welcher mit der Spindelmutter zusammenwirkt, in Axialrichtung versetzt ist. Analog zu vorstehend erläuterten Bauformen, in welchen die Spindelmutter als Abtriebselement des Gewindetriebs fungiert, ist auch im Fall der Verwendung der Gewindespindel als Antriebselement vorzugsweise ein Axiallager zwischen das Abtriebselement des Gewindetriebs und ein linear zu verlagerndes Maschinenelement geschaltet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 einen Gewindetrieb, nämlich Kugelgewindetrieb, in geschnittener, perspektivischer Ansicht,
- 2 ein Gehäuse des Gewindetriebs in einer Ansicht entsprechend 1,
- 3 ein Detail der Anordnung nach 1,
- 4 in einem Diagramm einen mit der Vorrichtung nach 1 durchführbaren Verstellvorgang.
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Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Gewindetrieb handelt es sich um einen Kugelgewindetrieb, welcher beispielsweise in einem Bremsaktor oder Kupplungsaktor verwendbar ist. Eine Gewindespindel 2 des Gewindetriebs 1 ist in einem Gehäuse 3, welches ebenfalls dem Gewindetrieb 1 zuzurechnen ist, rotierbar gelagert. Ein als Blechteil gefertigtes Aufhängungselement 4 sorgt zusammen mit einem in dieses eingesetzten Rotativlager 5 für eine drehbare Lagerung der Gewindespindel 2, wobei die Gewindespindel 2 in deren Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse 3 nicht verlagerbar ist. Eine nicht dargestellte Antriebswelle, bei welcher es sich beispielsweise um eine Motorwelle eines Elektromotors handelt, leitet über ein Anschlussstück 6 ein Drehmoment in die Gewindespindel 2 ein.
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Die Gewindespindel 2 ist umgeben von einer Spindelmutter 7, wobei zwischen der Gewindespindel 2 und der Spindelmutter 7 in den Figuren nicht sichtbare Wälzkörper, nämlich Kugeln, abrollen.
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Am Umfang der Spindelmutter 7 ist ein Zapfen 8 erkennbar, welcher in eine schraubenförmig gewundene Führungskulisse 9 eingreift, die durch das Gehäuse 3 gebildet ist. Die Führungskulisse 9 beschreibt ein Gewinde mit einer Steigung, welche um ein mehrfaches größer als die Steigung des mit 10 bezeichneten Gewindes der Gewindespindel 2 ist. Während es sich bei dem Gewinde 10 um ein Rechtsgewinde handelt, ist die Führungskulisse 9 als Linksgewinde ausgebildet. Die Steigung dieses Linksgewindes ist längs des Gewindetriebs 1 nicht gleichbleibend.
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Hinsichtlich der Funktion des Gewindetriebs 1 wird im Folgenden insbesondere auf 4 verwiesen. Die mit der Mittelachse des Gewindetriebs 1 übereinstimmende Rotationsachse der Gewindespindel 2 ist mit R bezeichnet. Die Gewindespindel 2 rotiert mit Drehzahl No, woraus eine lineare Bewegung der Spindelmutter 7 resultiert. Statt einer rein linearen Führung der Spindelmutter 7 ist jedoch durch die Führungskulisse 9 der linearen Bewegung eine rotative Bewegung der Spindelmutter 7 überlagert. Diese rotative Bewegung der Spindelmutter 7 wird durch die Form der Führungskulisse 9 in eine weitere lineare Bewegungskomponente der Spindelmutter 7 umgesetzt, welche der durch die Gewindespindel 2 erzeugten Linearbewegung der Spindelmutter 7 entgegengesetzt ist.
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Insgesamt ergibt sich damit eine Stellbewegung So der Spindelmutter 7 in linearer Richtung. Die gleichzeitig aufdrehende Rotation der Spindelmutter 7 ist hinsichtlich der mit Hilfe des Gewindetriebs 1 zu bewirkenden Verlagerung eines nicht dargestellten Elementes, beispielsweise Teiles einer Kupplung oder einer Bremse, ohne Belang. Um eine Relativverdrehung zwischen dem zu verlagernden Element und der Spindelmutter 7 zu ermöglichen, wirkt die Spindelmutter 7 über ein nicht dargestelltes Axiallager, welches auf derjenigen Stirnseite der Spindelmutter 7, die dem Anschlussstück 6 abgewandt ist, angeordnet ist, mit dem in Längsrichtung des Gewindetriebs 1 zu verlagernden Element zusammen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gehäuse
- 4
- Aufhängungselement
- 5
- Rotativlager
- 6
- Anschlussstück
- 7
- Spindelmutter
- 8
- Zapfen
- 9
- Führungskulisse
- 10
- Gewinde
- N0
- Drehzahl
- R
- Rotationsachse
- S0
- Stellbewegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/005095 A1 [0002]
- DE 10207759 A1 [0003]
- DE 102014225669 A1 [0004]
- DE 102008046119 A1 [0005]
