DE102017208850A1 - Linear actuator and brake system - Google Patents

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DE102017208850A1
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George Gavrila
Ciprian-Daniel Bubulac
Victor Andrei Vadeanu
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Continental Teves AG and Co OHG
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Abstract

Linearaktuator (1), insbesondere zur Verwendung in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen elektrischen Motor (8), einen Kolben (5), ein Rotations-Translationsgetriebe (2a) mit einer Spindel (2) und einer Mutter (7) zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des elektrischen Motors (8) in eine translatorische Bewegung des Kolbens (5), wobei der Kolben (5) mit der Mutter (7) gekoppelt ist zur Übertragung des Drehmoments von der Mutter (7) auf den Kolben (5), wobei eine Kopplungseinrichtung (3) vorgesehen ist, umfassend ein metallenes, elastisches Kopplungselement (9) und ein Motorkopplungselement (11) welches rotatorisch fest mit der Motorwelle verbunden ist, wobei das elastische Kopplungselement (9) sowohl mit der Spindel (2) als auch mit dem Motorkopplungselement (11) eine formschlüssige und elastische Verbindung eingeht.

Figure DE102017208850A1_0000
Linear actuator (1), in particular for use in a braking system of a motor vehicle, comprising an electric motor (8), a piston (5), a rotation-translation gear (2a) with a spindle (2) and a nut (7) for the conversion of rotary movement of the electric motor (8) into a translatory movement of the piston (5), wherein the piston (5) is coupled to the nut (7) for transmitting the torque from the nut (7) to the piston (5), wherein a coupling device (3) is provided, comprising a metal, elastic coupling element (9) and a motor coupling element (11) which is rotationally fixedly connected to the motor shaft, wherein the elastic coupling element (9) with both the spindle (2) and with the Motor coupling element (11) receives a positive and elastic connection.
Figure DE102017208850A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator, insbesondere zur Verwendung in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen elektrischen Motor, einen Kolben, ein Rotations-Translationsgetriebe mit einer Spindel und einer Mutter zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des elektrischen Motors in eine translatorische Bewegung des Kolbens, wobei der Kolben mit der Mutter gekoppelt ist zur Übertragung des Drehmoments von der Mutter auf den Kolben. Sie betrifft weiterhin ein Bremssystem.The invention relates to a linear actuator, in particular for use in a brake system of a motor vehicle, comprising an electric motor, a piston, a rotation-translation gear with a spindle and a nut for converting the rotational movement of the electric motor in a translational movement of the piston, wherein the Piston is coupled to the nut for transmitting the torque from the nut to the piston. It also relates to a braking system.

Aus dem Stand der Technik sind Linearaktuatoren bekannt, welche mit Hilfe eines Kugelgewindetriebes mit einer Spindel und rotatorisch darauf gelagerten Mutter die rotatorische Bewegung des elektrischen Motors in eine translatorische Bewegung eines in einem Zylinder gelagerten Kolbens umwandeln. Der Kolben begrenzt dabei insbesondere einen hydraulischen Druckraum im Zylinder. Ein derartiger Linearaktuator kann vorteilhaft in hydraulischen By-Wire-Bremssystemen eingesetzt werden, in denen er als Druckbereitstellungseinrichtung fungiert und bedarfsweise Bremsdruck in hydraulischen Radbremsen aufbaut.Linear actuators are known from the prior art, which convert the rotational movement of the electric motor into a translatory movement of a piston mounted in a cylinder by means of a ball screw with a spindle and rotatably mounted thereon mother. In particular, the piston limits a hydraulic pressure chamber in the cylinder. Such a linear actuator can be advantageously used in hydraulic by-wire braking systems, in which it acts as a pressure supply device and, if necessary, builds up brake pressure in hydraulic wheel brakes.

Die Mutter ist rotatorisch und translatorisch gegenüber dem Kolben befestigt und ermöglicht bzw. kompensiert eine gewisse Neigung bzw. Verkippung zwischen der Achse der Mutter und der Achse des Kolbens. Durch Nutzung einer Verdrehsicherung für den Kolben kann erreicht werden, dass der Kolben sich in Bezug auf den Zylinder nur translatorisch bewegen kann. Eine Rotation zwischen beiden Komponenten wird verhindert.The nut is rotationally and translationally mounted to the piston and allows or compensates for a certain inclination or tilt between the axis of the nut and the axis of the piston. By using an anti-twist device for the piston, it is possible to achieve that the piston can only translate relative to the cylinder. Rotation between both components is prevented.

Der elektrische Motor erzeugt dabei eine rotatorische Bewegung und ein Drehmoment, welche mittels eines Kopplungselementes auf die Spindel übertragen werden. Das Kopplungselement erfüllt dabei noch eine weitere Aufgabe: es kompensiert die winkelmäßige Abweichung bzw. Dezentrierung zwischen der Motorachse und der Achse der Spindel.The electric motor generates a rotational movement and a torque, which are transmitted by means of a coupling element to the spindle. The coupling element fulfills yet another task: it compensates for the angular deviation or decentering between the motor axis and the spindle axis.

Das Kopplungselement ist gewöhnlich aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi bzw. einer Gummimischung, gefertigt. Das Kopplungselement überträgt Drehmoment und eine Axiallast zwischen den Komponenten, zwischen denen es angeordnet ist. Das Gummimaterial des Kopplungselementes ändert im Laufe der Betriebszeit seine mechanischen Eigenschaften. Es wird brüchig und ist nach ein paar Jahren nicht mehr einsatzfähig aufgrund von umweltbedingten Einflüssen wie Temperaturänderungen, Wasser, Salz, Verschmutzung, Vibrationen, Materialermüdung etc. Darüber hinaus kann es von chemischen Stoffen, denen es ausgesetzt wird, verändert werden. Das Kopplungselement ermöglicht nur eine geringe Abweichung der beiden Achsen und führt zu erhöhtem Verschleiß der Kolbenanordnung.. Weitere Nachteile sind die große Dimensionierung des Kopplungselementes und der anfallende Bauraum, die aus ihrer geforderten Funktionalität. Axiallast und Drehmoment zu übermitteln, resultieren.The coupling element is usually made of an elastic material, in particular rubber or a rubber compound. The coupling element transmits torque and an axial load between the components between which it is arranged. The rubber material of the coupling element changes its mechanical properties in the course of the operating time. It becomes fragile and, after a few years, can no longer be used due to environmental influences such as temperature changes, water, salt, pollution, vibration, material fatigue etc. In addition, it can be changed by chemical substances to which it is exposed. The coupling element allows only a slight deviation of the two axes and leads to increased wear of the piston assembly .. Other disadvantages are the large dimensions of the coupling element and the resulting space, the required functionality. Axial load and torque to transmit result.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Linearaktuator dahingehend zu verbessern, dass das Kopplungselement langlebiger und zuverlässiger ist bei gleichzeitiger optimierter Übertragung von Drehmoment und Axiallast und der Kompensation einer Achsverschiebung. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem angegeben werden.The invention is therefore based on the object to improve a linear actuator to the effect that the coupling element is more durable and reliable with simultaneous optimized transmission of torque and axial load and the compensation of an axial displacement. Furthermore, a corresponding brake system should be specified.

In Bezug auf den Linearaktuator wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kopplungseinrichtung vorgesehen ist, umfassend ein metallenes, elastisches Kopplungselement und ein Motorkopplungselement, welches rotatorisch fest mit der Motorwelle verbunden ist, wobei das elastische Kopplungselement sowohl mit der Spindel als auch mit dem Motorkopplungselement eine formschlüssige und elastische Verbindung eingeht.With respect to the linear actuator, this object is achieved in that a coupling device is provided, comprising a metal, elastic coupling element and a motor coupling element which is rotationally fixedly connected to the motor shaft, wherein the elastic coupling element with both the spindle and with the motor coupling element a positive and elastic connection is received.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei herkömmlichen Kopplungselementen die Lebenszeit und Leistungsfähigkeit des Linearaktuators stark beeinträchtigt werden. Das gewöhnlich gewählte Gummimaterial verschleißt und das Kopplungselement kann aufgrund der gewöhnlich auftretenden Achsverschiebung zwischen Motorachse und Achse des zylindrischen Gehäuses die hohe Beanspruchung der Komponenten nur ungenügend kompensieren.The invention is based on the consideration that in conventional coupling elements, the lifetime and performance of the linear actuator are severely impaired. The usually selected rubber material wears and the coupling element can compensate only insufficiently due to the usually occurring axial displacement between the motor axis and the axis of the cylindrical housing, the high stress of the components.

Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich diese Nachteile lösen, indem als Kopplungselement ein elastisches, metallenes Kopplungselement verwendet wird. Da hierbei das Material selbst nicht elastisch ist, geht es mit Spindel und Motorkopplungselement eine formschlüssige elastische Verbindung ein, welche durch die Ausbildung des Kopplungselementes erreicht wird. Aufgrund der metallenen Ausbildung verschleißt gleichzeitig das Kopplungselement nicht so schnell und erhöht die Lebenszeit des Linearaktuators.As has now been recognized, these disadvantages can be solved by using an elastic, metallic coupling element as the coupling element. Since in this case the material itself is not elastic, it comes with spindle and motor coupling element a positive elastic connection, which is achieved by the formation of the coupling element. Due to the metal formation at the same time, the coupling element does not wear so quickly and increases the lifetime of the linear actuator.

Der Begriff „metallenes“ umfasst Metalle als auch Metalllegierungen wie beispielsweise Stahl. Der Begriff „elastisch“ umfasst hierbei elastische Eigenschaften in Bezug auf die Kopplungen an Spindel und Motorkopplungselement.The term "metals" includes metals as well as metal alloys such as steel. The term "elastic" here includes elastic properties with respect to the couplings to the spindle and engine coupling element.

Vorteilhafterweise umfasst das elastische Kopplungselement zumindest ein äußeres Federelement zur Verbindung mit dem Motorkopplungselement und zumindest ein inneres Federelement zur Verbindung mit der Spindel. Das jeweilige Federelement ist bevorzugt als ein in Bezug auf eine axiale Achse des Kopplungselementes konvex bzw. konkav gebogener Steg ausgebildet. Dadurch wird ein elastischer Kontakt des Kopplungselementes mit Spindel und Motorkopplungselement ermöglicht. Advantageously, the elastic coupling element comprises at least one outer spring element for connection to the motor coupling element and at least one inner spring element for connection to the spindle. The respective spring element is preferably designed as a web which is convex or concave in relation to an axial axis of the coupling element. As a result, an elastic contact of the coupling element with spindle and motor coupling element is made possible.

Bevorzugt ist eine Mehrzahl von äußeren Federelementen umfangsseitig am elastischen Kopplungselement angeordnet.Preferably, a plurality of outer spring elements is arranged circumferentially on the elastic coupling element.

Bevorzugt ist eine Mehrzahl von inneren Federelementen umfangsseitig am elastischen Kopplungselement angeordnet.Preferably, a plurality of inner spring elements is arranged circumferentially on the elastic coupling element.

Die inneren und äußeren Federelemente sind bevorzugt alterierend umfangsseitig am elastischen Kopplungselement angeordnet. Auf diese Weise wird eine besonders gleichmäßige Übertragung des Drehmomentes ermöglicht.The inner and outer spring elements are preferably arranged peripherally circumferentially on the elastic coupling element. In this way, a particularly uniform transmission of torque is possible.

Die Spindel weist vorteilhafterweise Vorsprünge, insbesondere Zähne, auf, zwischen denen das jeweilige innere Federelement mit der Spindel in Eingriff steht.The spindle advantageously has projections, in particular teeth, between which the respective inner spring element is in engagement with the spindle.

Das Motorkopplungselement weist vorteilhafterweise Vorsprünge bzw. Zähne auf, zwischen denen das jeweilige äußere Federelement in Eingriff steht mit dem Motorkopplungselement.The engine coupling element advantageously has projections or teeth, between which the respective outer spring element engages with the engine coupling element.

Das Motorkopplungselement ist bevorzugt rotatorisch fest mit der Motorwelle bzw. mit dem Motorschaft verbunden durch eine Pressfit- und/oder Schraubverbindung.The motor coupling element is preferably rotationally fixed to the motor shaft or to the motor shaft connected by a Pressfit- and / or screw connection.

Vorteilhafterweise ist ein Sicherungselement vorgesehen, welches im montierten Zustand das elastische Kopplungselement im Motorkopplungselement sichert.Advantageously, a securing element is provided, which secures the elastic coupling element in the engine coupling element in the mounted state.

In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit zumindest einem oben beschriebenen Linearaktuator. Bevorzugt wird der Linearaktuator in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Insbesondere umfasst das Bremssystem eine Druckbereitstellungseinrichtung zum aktiven Druckaufbau in den Radbremsen, die durch den mindestens einen Linearaktuator gebildet wird.With regard to the brake system, the above-mentioned object is achieved according to the invention with at least one linear actuator described above. Preferably, the linear actuator is used in a brake system of a motor vehicle. In particular, the brake system comprises a pressure supply device for active pressure build-up in the wheel brakes, which is formed by the at least one linear actuator.

Bevorzugt weist das Bremssystem wenigstens zwei hydraulisch betätigbare Radbremsen auf, die hydraulisch trennbar mit dem Linearaktuator verbunden ist. Das Bremssystem ist bevorzugt als Brake-by-Wire-Bremssystem ausgebildet, bei dem der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird und in Abhängigkeit von dem erfassten Bremswunsch ein Systemdruck in einem hydraulischen Druckraum des Linearaktuators aufgebaut wird, der als Bremsdruck in den hydraulischen Radbremsen zum Aufbau eines Bremsmomentes führt. Der Linearaktuator kann auch in einem Lenksystem eingesetzt werden.Preferably, the brake system has at least two hydraulically actuable wheel brakes, which is hydraulically separable connected to the linear actuator. The brake system is preferably designed as a brake-by-wire brake system in which the driver's braking request is detected and a system pressure is built up in a hydraulic pressure chamber of the linear actuator depending on the detected braking request, as the brake pressure in the hydraulic wheel brakes to build a Braking torque leads. The linear actuator can also be used in a steering system.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Lebenszeit des Linearaktuators erhöht wird, indem der Verschleiß des Kopplungselementes an sich und die Belastung der Komponenten reduziert werden. Das Kopplungselement kann effektiv Drehmoment und Axiallast vom Motorschaft auf die Spindel übertragen während es gleichzeitig eine Achsverschiebung ausgleichen kann. Die Anzahl der notwendigen Komponenten wird reduziert, es werden nur das elastische Kopplungselement und ein Sicherungselement benötigt. Das Kopplungselement kann geeignet beschichtet werden, um es resistent gegenüber Umwelteinflüssen und/oder aggressiven chemischen Verbindungen zu machen.The advantages of the invention are in particular that the life of the linear actuator is increased by the wear of the coupling element per se and the load on the components are reduced. The coupling element can effectively transmit torque and axial load from the motor shaft to the spindle while at the same time compensating for axial displacement. The number of necessary components is reduced, only the elastic coupling element and a securing element are needed. The coupling element may be suitably coated to make it resistant to environmental and / or aggressive chemical compounds.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

  • 1 einen Linearaktuator mit einem Gehäuse, einem Kugelgewindetrieb, einer Kopplungseinrichtung mit einem Kopplungselement, einem Sicherungselement, einem Motor und einem Motorkopplungselement in einem seitlichen Schnitt;
  • 2 die Spindel des Kugelgewindetriebs, die Kopplungseinrichtung, das Motorkopplungselement und das Sicherungselement gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung;
  • 3 das Kopplungselement gemäß 2 in einer ersten perspektivischen Darstellung;
  • 4 das Kopplungselement gemäß 2 in einer zweiten perspektivischen Darstellung;
  • 5 das Kopplungselement, die Spindel, der Motorkopplungselement und das Sicherungselement in einer Explosionszeichnung;
  • 6 einen Teil der Spindel in einer perspektivischen Darstellung;
  • 7 das Kopplungselement gemäß 2 in einer weiteren perspektivischen Darstellung; und
  • 8 einen Schnitt durch Spindel und Motorkopplungselement.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In it show in a highly schematic representation:
  • 1 a linear actuator having a housing, a ball screw, a coupling device with a coupling element, a securing element, a motor and a motor coupling element in a lateral section;
  • 2 the spindle of the ball screw, the coupling device, the motor coupling element and the securing element according to 1 in an exploded view;
  • 3 the coupling element according to 2 in a first perspective view;
  • 4 the coupling element according to 2 in a second perspective view;
  • 5 the coupling element, the spindle, the engine coupling element and the securing element in an exploded view;
  • 6 a part of the spindle in a perspective view;
  • 7 the coupling element according to 2 in a further perspective view; and
  • 8th a section through the spindle and engine coupling element.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Ein in 1 dargestellter Linearaktuator 1 umfasst einen in einem Gehäuse 1a, welches im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet ist, verfahrbaren Kolben 5. Der Linearaktuator 1 umfasst einen Kugelgewindetrieb 2a mit einer Spindel 2 und einer darauf rotatorisch gelagerten Mutter 7. Die Rotation der Motorwelle 20 eines Elektromotors 8 wird mit Hilfe einer Kopplungseinrichtung 3 auf die Spindel 2 übertragen. Die Kopplungseinrichtung 3 dient zum Übertragen der Rotation der Motorwelle 20 auf die Spindel 2.An in 1 illustrated linear actuator 1 includes one in a housing 1a , which is designed substantially as a cylinder, movable piston 5 , The linear actuator 1 includes one Ball Screw 2a with a spindle 2 and a mother rotatably mounted on it 7 , The rotation of the motor shaft 20 an electric motor 8th is using a coupling device 3 on the spindle 2 transfer. The coupling device 3 serves to transmit the rotation of the motor shaft 20 on the spindle 2 ,

Der Linearaktuator 1 wird beispielsgemäß als Druckbereitstellungseinrichtung in einem Bremssystem eines Fahrzeuges eingesetzt. Dabei wird in dem Gehäuse 1a ein hydraulischer Druckraum 22 gebildet, der bevorzugt von einer Stirnfläche 4 des Kolbens begrenzt wird. Der Druckraum 22 ist dabei hydraulisch mit wenigstens zwei Radbremsen, insbesondere trennbar, verbunden.The linear actuator 1 For example, it is used as a pressure supply device in a brake system of a vehicle. It is in the case 1a a hydraulic pressure chamber 22 formed, preferably from an end face 4 of the piston is limited. The pressure room 22 is hydraulically connected to at least two wheel brakes, in particular separable connected.

Die Kopplungseinrichtung 3 umfasst ein elastisches Kopplungselement 9, ein Sicherungselement 10 und Motorkopplungselement 11. In der 2 sind Spindel 2, elastisches Kopplungselement 9, Sicherungselement 10 und Motorkopplungselement 11 in einer Explosionszeichnung dargestellt. Das elastische Kopplungselement 9 nimmt bereichsweise die Spindel 2 an einem Ende 24 auf und wird bereichsweise von dem Motorkopplungselement 11 aufgenommen. Es bildet auf diese Weise gewissermaßen das Interface zwischen der Spindel 2 und dem Motorkopplungselement 11. Das Motorkopplungselement 11 ist mit dem Motorschaft bzw. der Motorwelle 20 rotationsgesichert verbunden, bevorzugt durch eine Pressfitverbindung oder eine Schraubverbindung. Das elastische Kopplungselement 9 umfasst einen Kopplungsbereich 27, einen Aufnahmebereich 28 für das Ende 24 der Spindel 2 und ein Begrenzungselement 29, welches bevorzugt als Anschlag dient bei der Aufnahme des Kopplungselementes 9 im Motorkopplungselement 11.The coupling device 3 comprises an elastic coupling element 9 , a security element 10 and engine coupling element 11 , In the 2 are spindle 2 , elastic coupling element 9 , Fuse element 10 and engine coupling element 11 shown in an exploded view. The elastic coupling element 9 takes in some areas the spindle 2 at one end 24 on and is partially from the engine coupling element 11 added. In a way, it forms the interface between the spindle 2 and the engine coupling element 11 , The engine coupling element 11 is with the motor shaft or the motor shaft 20 connected rotationally secured, preferably by a Pressfitverbindung or a screw connection. The elastic coupling element 9 includes a coupling area 27 , a reception area 28 for the end 24 the spindle 2 and a delimiter 29 which preferably serves as a stop when receiving the coupling element 9 in the engine coupling element 11 ,

Das Motorkopplungselement 11 umfasst einen ersten zylindrischen Bereich 32 und einen daran sich anschließenden zylindrischen Bereich 33. Der Kopplungsbereich 27 wird im montierten Zustand vollständig oder im Wesentlichen vollständig von dem ersten zylindrischen Bereich 32 aufgenommen, während der Aufnahmebereich 28 im zweiten Bereich 33 angeordnet ist. Wenn der Kolben 5 in den Zylinder verfahren wird (in 1 nach links), insbesondere für einen hydraulischen Druckaufbau, führt dies zu einer in entgegengesetzter Richtung (in 1 nach rechts) wirkenden axialen Kraft, welche auf das Kopplungselement 9 wirkt. Das Kopplungselement 9 muss dieser Kraft entgegenwirken, was mit Hilfe der Ausbildung des Kopplungselementes 9 erreicht wird.The engine coupling element 11 includes a first cylindrical portion 32 and a subsequent cylindrical area 33 , The coupling area 27 in the assembled state is complete or substantially complete of the first cylindrical portion 32 recorded while the recording area 28 in the second area 33 is arranged. When the piston 5 is moved into the cylinder (in 1 to the left), in particular for a hydraulic pressure build-up, this leads to an opposite direction (in 1 to the right) acting axial force, which on the coupling element 9 acts. The coupling element 9 this force must counteract what with the help of the formation of the coupling element 9 is reached.

Wenn sich der Kolben 5, insbesondere zum Nachsaugen von Druckmittel, in zur Druckaufbaurichtung entgegengesetzter Richtung bewegt (in 1 nach rechts), entsteht Reibung zwischen einer Dichtung 6 (siehe 1) und dem Zylinder sowie zwischen Kolben 5 und Zylinder. Diese Reibung führt zu einer Axialkraft entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Kolbens 5, die zu einer Lösung des Kopplungselementes 9 von dem Motorkopplungselement 11 führen würde. Das Sicherungselement 10, welches bevorzugt in einer hufeisenähnlichen Form ausgebildet ist, verbindet diese beiden Komponenten derart, dass diese Lösung nicht erfolgt und beide in axialer Richtung ihre relative Lage zueinander beibehalten. Bevorzugt steht es dabei mit beiden Komponenten 9, 11 jeweils in axialer Richtung formschlüssig in Eingriff.When the piston 5 , in particular for sucking in pressure medium, in the opposite direction to the pressure build-up direction moves (in 1 to the right), creates friction between a seal 6 (please refer 1 ) and the cylinder and between pistons 5 and cylinders. This friction leads to an axial force opposite to the direction of movement of the piston 5 leading to a solution of the coupling element 9 from the engine coupling element 11 would lead. The fuse element 10 , which is preferably formed in a horseshoe-like shape, connects these two components such that this solution does not take place and both maintain their relative position to each other in the axial direction. It is preferred with both components 9 . 11 each in the axial direction positively engages.

Wie in 3 erkennbar ist, weist das Kopplungselement 9 eine Mehrzahl von äußeren Federelementen 41 auf sowie eine Mehrzahl von inneren Federelementen 44. Die Federelemente 41, 44 erstrecken sich dabei jeweils bevorzugt von einem ringförmigen Bereich 45, der am das Begrenzungselement 29 angrenzt und einem ringförmigen Bereich 47, der an den Aufnahmebereich 28 angrenzt. Die äußeren Federelemente 44 und inneren Federelemente 44 sind dabei alternierend entlang des Umfanges des ringförmigen Bereiches 45 bzw. 47 angeordnet. Das jeweilige äußere Federelement 41 ist dabei im Hinblick auf eine Mittelachse 52 des Kopplungselementes 9 konvex nach außen gebogen. Das jeweilige innere Federelement 44 ist konkav nach innen gebogen. Die Federelemente 41, 44 haben dabei zwei Funktionen: sie übertragen das Drehmoment vom Motor 8 auf die Spindel 2 und führen zu einer Kompensierung einer Achsverschiebung/Neigungsdifferenz zwischen der Achse der Motorwelle 20 und der axialen Achse der Spindel 2. In 4 ist das Kopplungselement 9 in einer weiteren perspektivischen Darstellung von unten gezeigt.As in 3 is recognizable, has the coupling element 9 a plurality of outer spring elements 41 on and a plurality of inner spring elements 44 , The spring elements 41 . 44 in each case preferably extend from an annular region 45 , which is the limiting element 29 adjoins and an annular area 47 which is connected to the reception area 28 borders. The outer spring elements 44 and inner spring elements 44 are alternately along the circumference of the annular area 45 respectively. 47 arranged. The respective outer spring element 41 is doing so with regard to a central axis 52 of the coupling element 9 convex bent outward. The respective inner spring element 44 is bent concavely inwards. The spring elements 41 . 44 have two functions: they transmit the torque from the engine 8th on the spindle 2 and lead to a compensation of an axis shift / inclination difference between the axis of the motor shaft 20 and the axial axis of the spindle 2 , In 4 is the coupling element 9 shown in a further perspective view from below.

In 5 sind Spindel 2, elastisches Kopplungselement 9, Motorkopplungselement 11 und Sicherungselement 10 in einer perspektivischen Explosionszeichnung dargestellt. Die Spindel 2 weist eine Mehrzahl von Zähnen bzw. Vorsprüngen 55 auf, die bereichsweise als längliche Vorsprünge entlang der axialen Richtung der Spindel 2 ausgebildet sind. Das Motorkopplungselement 11 weist im Bereich 32 im Innern des Zylinders Zähne bzw. Vorsprünge 58 auf, die bereichsweise als längliche Vorsprünge entlang der axialen Richtung des Motorkopplungselementes 11 ausgebildet sind. Im montierten Zustand sind die Vorsprünge 58 zwischen den äußeren Federelementen 41 angeordnet, während die Vorsprünge 55 der Spindel 2 zwischen den inneren Federelementen 44 angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine rotationsgesicherte und elastische Verbindung zwischen Spindel 2 und Kopplungselement 9 sowie Kopplungselement 9 und Motorkopplungselement 11 realisiert.In 5 are spindle 2 , elastic coupling element 9 , Engine coupling element 11 and fuse element 10 shown in a perspective exploded view. The spindle 2 has a plurality of teeth or projections 55 in some areas as elongated projections along the axial direction of the spindle 2 are formed. The engine coupling element 11 points in the area 32 in the interior of the cylinder teeth or projections 58 in some areas as elongated projections along the axial direction of the engine coupling element 11 are formed. In the assembled state, the projections 58 between the outer spring elements 41 arranged while the projections 55 the spindle 2 between the inner spring elements 44 are arranged. In this way, a rotation-secured and elastic connection between the spindle 2 and coupling element 9 as well as coupling element 9 and engine coupling element 11 realized.

Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt zunächst von dem Motor 8 auf die Vorsprünge 58 des Motorkopplungselementes, von dort weiter auf die äußeren Federelemente 41 des Kopplungselementes 9, von dort weiter auf die inneren Federelemente 44 des Kopplungselementes 9 und von dort auf die Vorsprünge 55 der Spindel 2.The transmission of the torque takes place first of the engine 8th on the projections 58 of the engine coupling element, from there on to the outer spring elements 41 of the coupling element 9 , from there on to the inner spring elements 44 of the coupling element 9 and from there on the projections 55 the spindle 2 ,

Wie in 6 gut erkennbar ist, weist die Spindel 2 an ihrem Ende 24 ein Endstück 62 auf, welches im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist. Das Endstück 62 wird vom halbhohlkugelförmig ausgebildeten Aufnahmebereich 28 des Kopplungselementes 9 aufgenommen. Auf diese Weise wird während eines Kompressionstaktes (siehe 8) die Axiallast von dem Endstück 62 auf den Aufnahmebereich 28 übertragen (siehe auch 7).As in 6 well recognizable, the spindle points 2 at its end 24 a tail 62 which is essentially hemispherical in shape. The tail 62 is from the semi-hollow spherical shaped receiving area 28 of the coupling element 9 added. In this way, during a compression stroke (see 8th ) the axial load from the tail 62 on the reception area 28 transferred (see also 7 ).

Der Fluss der Axiallast und die Kompensation der Neigungsrichtung können wie in 8 dargestellt kompensiert werden. Ein Pfeil 67 bezeichnet die Axiallast auf den Kolben 5 bei einem Nachsaugtakt, wenn der Kolben 5 zurückfährt und Druckmittel in den Druckraum 22 fließt. Ein Pfeil 68 bezeichnet die Axiallast auf den Kolben 5 bei einem Kompressionstakt, bei dem Druck im Druckraum 22 aufgebaut wird. Die Axiallast bei dem Nachsaugtakt ist deutlich geringer als die Axiallast bzw. axiale Kraft auf den Kolben 5 während des Kompressionstaktes . Die Reibung zwischen der Spindel 2 und den inneren Federelementen 44 verhindert das Herausgleiten der Spindel 2 aus dem Kopplungselement 9 während des Nachsaugtaktes. Die Größe der Reibungskraft hängt dabei ab von der Form und der Elastizität der inneren Federelemente 44.The flow of the axial load and the compensation of the direction of inclination can be as in 8th be compensated represented. An arrow 67 refers to the axial load on the piston 5 in a Nachsaugtakt when the piston 5 moves back and pressure medium in the pressure chamber 22 flows. An arrow 68 refers to the axial load on the piston 5 at a compression stroke, at the pressure in the pressure chamber 22 is built. The axial load in the Nachsaugtakt is significantly lower than the axial load or axial force on the piston 5 during the compression stroke. The friction between the spindle 2 and the inner spring elements 44 prevents the spindle from slipping out 2 from the coupling element 9 during the Nachsaugtaktes. The size of the friction force depends on the shape and the elasticity of the inner spring elements 44 ,

Wenn die Reibungskraft nicht groß genug ist, um die Spindel 2 in dem Kopplungselement 9 zu halten, kann eine Sicherungsscheibe auf der Spindel 2 hinzugefügt werden oder die jeweilige Lücke zwischen den Vorsprüngen 55 der Spindel 2 kann derart geformt werden dass eine zusätzliche Reibung entsteht. Ein gebogener Doppelpfeil 72 symbolisiert die Neigung der Spindel 2 in Bezug auf das elastische Kopplungselement 9.When the frictional force is not big enough around the spindle 2 in the coupling element 9 To hold a lock washer on the spindle 2 be added or the respective gap between the protrusions 55 the spindle 2 can be shaped so that an additional friction arises. A curved double arrow 72 symbolizes the inclination of the spindle 2 with respect to the elastic coupling element 9 ,

In 9 sind die wichtigsten Zwangsbedingungen dargestellt, die bei einer konkreten Anwendung des Linearaktuators 1 berücksichtigt und berechnet werden müssen.In 9 are the most important constraints that are shown in a concrete application of the linear actuator 1 must be taken into account and calculated.

Ein erster Abstand d1 bezeichnet die Beeinflussung der inneren Federelemente 44 mit den zwischen den Vorsprüngen 55 gebildeten Nuten, dabei muss eine elastische Deformation der inneren Federelemente 44 stattfinden. Ein zweiter Abstand d2 kennzeichnet die Lücke zwischen den Vorsprüngen 55 der Spindel 2 und dem inneren Durchmesser des elastischen Kopplungselementes 9. Ein Pfeil 75 weist auf die Wechselwirkung der äußeren Federelemente 41 hin, die durch eine elastische Deformation der äußeren Federelemente 41 gegeben ist.A first distance d1 refers to the influence of the inner spring elements 44 with the between the projections 55 formed grooves, it must be an elastic deformation of the inner spring elements 44 occur. A second distance d2 marks the gap between the protrusions 55 the spindle 2 and the inner diameter of the elastic coupling element 9 , An arrow 75 indicates the interaction of the outer spring elements 41 towards, by an elastic deformation of the outer spring elements 41 given is.

Diese geometrischen Zwangsbedingungen haben einen Einfluss auf die elastische Deformation der inneren 44 und äußeren Federelemente 42, die maximale Neigungsabweichung, die kompensiert werden kann sowie die Steifheit des Kopplungselementes 9.These geometric constraints have an influence on the elastic deformation of the inner 44 and outer spring elements 42 , the maximum tilt deviation that can be compensated for as well as the stiffness of the coupling element 9 ,

Claims (11)

Linearaktuator (1), insbesondere zur Verwendung in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen elektrischen Motor (8), einen Kolben (5), ein Rotations-Translationsgetriebe (2a) mit einer Spindel (2) und einer Mutter (7) zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des elektrischen Motors (8) in eine translatorische Bewegung des Kolbens (5), wobei der Kolben (5) mit der Mutter (7) gekoppelt ist zur Übertragung des Drehmoments von der Mutter (7) auf den Kolben (5), dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplungseinrichtung (3) vorgesehen ist, umfassend ein metallenes, elastisches Kopplungselement (9) und ein Motorkopplungselement (11), welches rotatorisch fest mit der Motorwelle verbunden ist, wobei das elastische Kopplungselement (9) sowohl mit der Spindel (2) als auch mit dem Motorkopplungselement (11) eine formschlüssige und elastische Verbindung eingeht.Linear actuator (1), in particular for use in a braking system of a motor vehicle, comprising an electric motor (8), a piston (5), a rotation-translation gear (2a) with a spindle (2) and a nut (7) for the conversion of rotational movement of the electric motor (8) into a translational movement of the piston (5), wherein the piston (5) with the nut (7) is coupled to transmit the torque of the nut (7) on the piston (5), characterized characterized in that a coupling device (3) is provided, comprising a metal, elastic coupling element (9) and a motor coupling element (11), which is rotatably fixedly connected to the motor shaft, wherein the elastic coupling element (9) with both the spindle (2) as well as with the engine coupling element (11) receives a positive and elastic connection. Linearaktuator nach Anspruch 1, wobei das elastische Kopplungselement (9) zumindest ein äußeres Federelement (41) umfasst zur Verbindung mit dem Motorkopplungselement (11) und zumindest ein inneres Federelement (44) zur Verbindung mit der Spindel (2).Linear actuator after Claim 1 wherein the elastic coupling element (9) comprises at least one outer spring element (41) for connection to the motor coupling element (11) and at least one inner spring element (44) for connection to the spindle (2). Linearaktuator nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von äußeren Federelementen (41) umfangsseitig am elastischen Kopplungselement (9) angeordnet ist.Linear actuator after Claim 2 , wherein a plurality of outer spring elements (41) is arranged circumferentially on the elastic coupling element (9). Linearaktuator nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Mehrzahl von inneren Federelementen (44) umfangsseitig am elastischen Kopplungselement (9) angeordnet ist.Linear actuator after Claim 2 or 3 , wherein a plurality of inner spring elements (44) is arranged circumferentially on the elastic coupling element (9). Linearaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die inneren (44) und äußeren Federelemente (41) alterierend umfangsseitig am elastischen Kopplungselement (9) angeordnet sind.Linear actuator according to one of the Claims 2 to 4 , wherein the inner (44) and outer spring elements (41) are alternately arranged circumferentially on the elastic coupling element (9). Linearaktuator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Spindel (2) Vorsprünge (55), insbesondere Zähne aufweist, zwischen denen das jeweilige innere Federelement (44) mit der Spindel (2) in Eingriff steht.Linear actuator according to one of the Claims 2 to 5 in that the spindle (2) has projections (55), in particular teeth, between which the respective inner spring element (44) engages with the spindle (2). Linearaktuator nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Motorkopplungselement (11) Vorsprünge (58), insbesondere Zähne, aufweist zwischen denen das jeweilige äußere Federelement (41) in Eingriff steht mit dem Motorkopplungselement (11).Linear actuator after Claim 5 or 6 in which the motor coupling element (11) has projections (58), in particular teeth, between which the respective outer spring element (41) is engaged with the motor coupling element (11). Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Motorkopplungselement (11) rotatorisch fest mit der Motorwelle (20) verbunden ist durch eine Pressfit und/oder Schraubverbindung.Linear actuator according to one of the Claims 1 to 7 , wherein the motor coupling element (11) is rotatably fixedly connected to the motor shaft (20) by a Pressfit and / or screw connection. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Sicherungselement (10) vorgesehen ist, welches im montierten Zustand das elastische Kopplungselement (9) im Motorkopplungselement (11) sichert.Linear actuator according to one of the Claims 1 to 8th , wherein a securing element (10) is provided, which secures the elastic coupling element (9) in the motor coupling element (11) in the mounted state. Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Spindel ein Endstück (62) aufweist, welches halbkugelförmig ausgebildet ist, und wobei das elastische Kopplungselement (9) ein halbkugelförmiges Endstück (28) aufweist, welches ausgebildet ist, das Endstück (62) der Spindel (2) aufzunehmen.Linear actuator according to one of the Claims 1 to 9 wherein the spindle has an end piece (62) which is hemispherical in shape and wherein the elastic coupling element (9) comprises a hemispherical end piece (28) adapted to receive the end piece (62) of the spindle (2). Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest einen Linearaktuator nach einem der vorherigen Ansprüche.Braking system for a motor vehicle, comprising at least one linear actuator according to one of the preceding claims.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH415219A (en) * 1964-12-18 1966-06-15 Haller Richard Gearbox provided with a freewheel device for converting the rotary movement of a drive element into an axial displacement of the driven part
DE10222585A1 (en) * 2002-05-22 2003-12-04 Rexroth Star Gmbh Spindle drive has sleeve which fits over spindle and drive shaft and connects them, end of spindle nearest motor being otherwise unsupported

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