DE102018001275A1 - actuator - Google Patents
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Abstract
Ein bei hoher Leistungsdichte wünschenswert schlanker Aktuator (11) ergibt sich, wenn zwei koaxial gegeneinander versetzt generierte Drehmomente nach Drehmomentensteigerung infolge Drehzahlreduzierung einander außerhalb oder innerhalb des Aktuators (11) durch Zusammenführen überlagert werden; wofür die beiderseits aus einem Stellmotor (13) axial austretenden Stirnenden dessen Motorwelle (14), vorzugsweise über Ausgleichskupplungen (16), gleiche Untersetzungsgetriebe (17) betreiben, die über beispielsweise zwei synchron bewegte Abtriebswellen (18) gemeinsam ein Stellglied (20) etwa in Form einen Türflügels oder einen Heckspoilers verschwenken. Die beiden Untersetzungsgetriebe (17) sind bevorzugt wenigstens einstufige Planetengetriebe mit den beiden synchron sich bewegenden Abtriebswellen (18), die über das Stellglied (20) miteinander verbunden sind; oder Schneckengetriebe, die über zwei Querwellen (26) auf eine gemeinsame Abtriebswelle (18') arbeiten.A desirable with high power density actuator (11) results when two coaxially offset generated torque after torque increase due to speed reduction are superimposed on each other outside or inside the actuator (11) by merging; for which on both sides of a servomotor (13) axially exiting front ends of the motor shaft (14), preferably via compensating couplings (16), the same reduction gear (17) operate, for example, two synchronously driven output shafts (18) together an actuator (20) approximately in Swing form a door leaf or a rear spoiler. The two reduction gear (17) are preferably at least one-stage planetary gear with the two synchronously moving output shafts (18) which are connected to each other via the actuator (20); or worm gear, which work on two transverse shafts (26) on a common output shaft (18 ').
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie er als solcher etwa aus der
Unter einem Aktuator wird in vorliegendem Zusammenhang ein insbesondere elektrisch betreibbarer Getriebemotor verstanden; mit einem Stellmotor, der nicht für Antriebsaufgaben dimensioniert ist, sondern für Stellbewegungen. Üblicherweise handelt es sich um einen hochtourigen, vorzugsweise elektronisch kommutierenden Gleichstrommotor geringer Leistung, dessen Drehmoment mittels eines von der Motorwelle angetriebenen, zumeist mehrstufigen Untersetzungsgetriebes entsprechend heraufgesetzt wird, um ein nachfolgendes Stellglied zu bewegen. Bei diesem kann es sich um ein zu verdrehendes Konstruktionselement handeln; oder die Rotationsbewegung der Getriebe-Abtriebswelle wird etwa über eine Spindel-Mutter-Anordnung in eine Linearbewegung als Ausgangsgröße solchen Aktuators umgesetzt.Under an actuator is understood in the present context, in particular an electrically operable geared motor; with a servomotor, which is not dimensioned for drive tasks, but for positioning movements. Usually, it is a high-speed, preferably electronically commutating low-power DC motor whose torque is increased by means of a driven by the motor shaft, usually multi-stage reduction gear according to move a subsequent actuator. This can be a design element to be twisted; or the rotational movement of the transmission output shaft is converted about a spindle-nut arrangement in a linear movement as the output of such actuator.
Bei der gattungsbildenden Vorveröffentlichung weist ein dem Stellmotor nachfolgendes mehrstufiges Stirnradgetriebe zwei parallel angetriebene Ritzel auf, um infolge einer Leistungsverzweigung die mechanische Beanspruchung jedes dieser beiden Ritzel bei der Drehmomentenheraufsetzung zu reduzieren. Eine solche Auslegung des Aktuators bedarf allerdings eines vergleichsweise voluminösen Bauraumes.In the generic preliminary publication, a multi-stage spur gear following the servomotor has two parallel-driven sprockets in order to reduce the mechanical stress of each of these two sprockets in the torque increase due to a power split. However, such a design of the actuator requires a comparatively voluminous space.
Vorliegender Erfindung legt dagegen die technische Problemstellung zugrunde, einen Aktuator, mit insbesondere für Schwenk-Stellbewegungen ausgelegtem Getriebemotor, zu schaffen, der in einem Bauraum installiert werden kann, welcher einen nur geringen Querschnitt im Vergleich zu dessen verfügbarer Länge aufweist. Das soll die Möglichkeit eröffnen, einen solchen Aktuator vergleichsweise wenig auftragend in der jeweiligen Schwenkachse von Flügeln (wie Türflügeln) oder von Klappen (wie Lüftungsklappen oder PKW-Heckspoilern) mit hohem Abtriebsmoment zu betreiben.The present invention, however, sets the technical problem to provide an actuator, especially designed for pivoting actuator movements geared motor, which can be installed in a space that has only a small cross-section compared to its available length. This is intended to open up the possibility of operating such an actuator relatively little in the respective pivot axis of wings (such as door wings) or of flaps (such as ventilation flaps or car rear spoilers) with a high output torque.
Diese Aufgabe ist durch das Zusammenwirken der im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach liefert ein schlankbauender Stellmotor an beiden Stirnenden idealerweise gleiche Drehmomente auf das jeweils nachfolgende Drehzahl-Untersetzungsgetriebe zur Drehmomentensteigerung. Diese beiden Untersetzungsgetriebe sind vorzugsweise baugleich; entscheidend ist aber, dass sie ein praktisch identisches Untersetzungsverhältnis liefern. Bei den Eingängen der Untersetzungsgetriebe ist die Motorwelle an beiden Stator-Stirnenden des Steilmotores über die dortigen Lagerschilde axial hinaus verlängert. Deshalb rotieren die Abtriebswellen der beiden Untersetzungsgetriebe bei gleichem Drehmoment koaxial in derselben Drehrichtung. Diese beiden axial gegeneinander versetzten Leistungsbeiträge werden über Stellglieder vor oder in dem zu verschwenkenden Element zusammengeführt. Dadurch muss jedes der beiden Untersetzungsgetriebe im Prinzip (nämlich unter Vernachlässigung der Verluste, die über die beiden Untersetzungsgetriebe in der Praxis unterschiedlich ausfallen können) nur das halbe angestrebte Drehmoment erbringen, was mit erhöhter Funktionssicherheit einhergeht. Außerdem kann der Aktuator hinsichtlich des erforderlichen Bauraumes entsprechend schlankerbauend dimensioniert werden, was die Leistungsdichte im Querschnitt erhöht und die Einbaumöglichkeiten hinsichtlich der Übereinstimmung der Abtriebsachsen mit der Stellgliedachse fördert. Dabei können zwei mit den Untersetzungsgetrieben und dem Stellmotor konzentrische Abtriebswellen vorgesehen sein, deren Drehmomente außerhalb des Aktuators, im Stellglied, einander überlagert werden; oder die Überlagerung findet im Aktuator an einer durchgehenden Abtriebswelle statt, die nicht in den Motorschilden, sondern parallel zur Motorwelle gelagert ist.This object is achieved by the interaction of the essential features specified in the main claim. Thereafter, a slimline actuator at both ends ideally provides equal torques to the respective following speed reduction gearbox to increase torque. These two reduction gear are preferably identical; but it is crucial that they provide a practically identical reduction ratio. At the inputs of the reduction gear, the motor shaft is extended axially on both stator front ends of the steep motor on the local end shields. Therefore, the output shafts of the two reduction gear rotate at the same torque coaxially in the same direction. These two axially offset power contributions are brought together via actuators before or in the element to be pivoted. As a result, each of the two reduction gear in principle (namely, neglecting the losses that can turn out differently on the two reduction gear in practice) only provide half the desired torque, which is associated with increased reliability. In addition, the actuator can be dimensioned according to the required installation space slim-building, which increases the power density in cross-section and promotes the installation options in terms of the conformity of the output axes with the actuator axis. It can be provided with the reduction gears and the servo motor concentric output shafts, the torques outside of the actuator, in the actuator, are superimposed on each other; or the superposition takes place in the actuator on a continuous output shaft, which is not stored in the engine shields, but parallel to the motor shaft.
Diese Lösung der Überlagerung von idealerweise identischen Teilmomenten steht ersichtlich in keinem technologischen Zusammenhang zu vorbekannten elektromotorischen Antrieben, die beidseitig Drehmomente abgeben - welche aber nicht zu einer erhöhten Abgabeleistung zusammengefasst werden, sondern unterschiedliche Betriebsaufgaben erfüllen sollen; vgl.
Der Einsatz eines Planetengetriebes als auf den Stellmotor jeweils folgendes Untersetzungsgetriebe weist Vorteile wie konzentrischen Aufbau zwischen Antriebs- und Abtriebswelle mit hohem Wirkungsgrad bei Rückdreh-Möglichkeit und starke Untersetzung auf. Letztere kann durch axial mehrstufige Auslegung ohne radiale Dimensionsvergrößerung noch erheblich gesteigert werden.The use of a planetary gear as on the servomotor each subsequent reduction gear has advantages such as concentric structure between the input and output shaft with high efficiency in reverse rotation possibility and strong reduction. The latter can be significantly increased by axially multi-stage design without radial dimensional enlargement.
Wenn das Zusammenführen der beiden Leistungsbeiträge von den beiden Stirnbereichen des Aktuators nicht beim Stellglied erfolgen soll, sondern schon vorher, dann wird dazu der Aktuator gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung mit der schon erwähnten, zur Motorwelle achsparallelen Abtriebswelle ausgestattet, die drehfest mit dem zu verschwenkenden Stellglied bestückt ist.If the merger of the two power contributions from the two end portions of the actuator should not be at the actuator, but before, then the actuator is equipped according to a development of the solution according to the invention with the already mentioned, paraxial to the motor shaft output shaft rotatably with the to be pivoted Actuator is equipped.
Die zueinander parallelen Drehmomenten-Übertragungen von den Stirnenden der Motorwelle zur Abtriebswelle können dann hinter Planetengetrieben mittels Stirnradpaarungen erfolgen; aber vorteilhafter unter gleichzeitiger DrehzahlUntersetzung über Schneckengetriebe. Dabei kann ein Schneckengetriebe mit einem Kegelradgetriebe kombiniert sein; oder es handelt sich um ein mehrstufiges Schneckengetriebe. Zweckmäßigerweise besteht in diesem Falle eine erste Stufe jeweils aus einer zur Motorwelle koaxialen Schnecke. Zentrifugal dagegen versetzt ist die Abtriebswelle starr mit einem Schneckenrad bestückt. Die Drehverbindung zwischen beiden erfolgt über eine Querwelle, die bei ihren Stirnenden einerseits ein Schneckenrad zum Eingriff in die motorseitige Schnecke und andererseits, am axial gegenüberliegenden Ende, eine Schnecke zum Eingriff in das abtriebsseitige Schneckenrad aufweist.The mutually parallel torque transmissions from the front ends of the motor shaft to the output shaft can then be done behind planetary gears by Stirnradpaarungen; but more advantageous with simultaneous DrehzahlUntersetzung over worm gear. It can be a Worm gear to be combined with a bevel gear; or it is a multi-stage worm gear. Appropriately, in this case, a first stage in each case consists of a coaxial to the motor shaft screw. On the other hand, centrifugally offset, the output shaft is rigidly equipped with a worm wheel. The rotational connection between the two takes place via a transverse shaft, which at its front ends on the one hand has a worm wheel for engagement in the motor-side worm and on the other hand, at the axially opposite end, a worm for engagement in the driven-side worm wheel.
Vorzugsweise ist die Abtriebswelle axial getrennt, aber beide Teile (vorzugsweise beide Hälften) sind unter axialem Spiel drehstarr miteinander gekuppelt, etwa durch Einbau einer Klauenkupplung. Dann kann hier ein Spreizelement, etwa ein kurzer Kautschukzylinder oder eine zylindrische Druckfeder eingefügt werden, um mittels dieser Spreizkraft die Schneckenräder gegen die Schnecken auf den Querwellen abzustützen und so das ansonsten insbesondere bei Stillstand, Anlauf und Leerlauf störende aber unvermeidliche Schneckengetriebespiel praktisch zu eliminieren.Preferably, the output shaft is axially separated, but both parts (preferably both halves) are rotationally rigidly coupled together under axial play, such as by installing a dog clutch. Then here a spreading element, such as a short rubber cylinder or a cylindrical compression spring can be inserted to support by means of this spreading force the worm wheels against the screws on the transverse waves and thus virtually eliminate the otherwise disturbing but idle, idle gear worm gear play at standstill, start and idle.
Die in einstufigen Schneckengetrieben etwa in den Querwellen zur separaten Abtriebswelle unweigerlich auftretenden und gesondert aufzunehmenden Axialkräfte können vorliegend durch gegensinnige Steigungswinkel in den beteiligten Getriebeteilen gegenseitig kompensiert werden.The axial forces which inevitably occur in single-stage worm gears, for example in the transverse shafts for the separate output shaft and which are to be recorded separately, can be compensated for one another here by opposing pitch angles in the involved transmission parts.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen im Rahmen vorliegender Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung dort erörterter Vorteile, aus nachstehender Beschreibung von bevorzugten Realisierungsbeispielen zur Erfindung. In den Skizzen der Zeichnung zeigt, nicht ganz maßstabsgerecht unter Abstraktion auf das Funktionswesentliche,
-
1 einen Aktuator mit beidseitigem Anschluss seines Getriebemotors an ein zu verschwenkendes Stellglied, -
2 einen Aktuator mit beidseitigem Anschluss seines Getriebemotors an eine Abtriebswelle zum Anschluss an ein zu verschwenkendes Stellglied und -
3 den Aktuator gemäß2 , nun mit Schnittdarstellung einer axialdruckelastischen Kopplung zwischen zwei Hälften der Abtriebswelle.
-
1 an actuator with two-sided connection of its geared motor to an actuator to be pivoted, -
2 an actuator with bilateral connection of its geared motor to an output shaft for connection to an actuator to be pivoted and -
3 the actuator according to2 , now with a sectional view of a axialdruckelastischen coupling between two halves of the output shaft.
Der in der Zeichnung skizzierte, erfindungsgemäß ausgestattete Aktuator
Prinzipiell können im Rahmen vorliegender Erfindung hier auch zwei gleiche herkömmliche Stellmotore gegensinnig, also koaxial bei entgegengesetzt orientiert austretenden Motorwellen montiert und identisch angesteuert werden. Aber ein hinreichender Gleichlauf zwischen zwei individuellen Stellmotoren wäre doch nur mit erheblichem schaltungstechnischem Regelungsaufwand zu erzielen. Der Einsatz des skizzierten Stellmotores
Zweckmäßigerweise ist jedoch jeweils eine Toleranz-Ausgleichskupplung
Dafür verläuft die Achse
Beim abgewandelten Aktuator
Durch gegensinnige Neigungen der Schneckeneingriffe in die Querwelle
Ein bei hoher Leistungsdichte wünschenswert schlanker Aktuator
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1111
- Aktuatoractuator
- 1212
-
Bauraum (von
11 )Space (from11 ) - 1313
-
Stellmotor (in
12 )Actuator (in12 ) - 1414
-
Motorwelle (beidseitig
13 )Motor shaft (both sides13 ) - 1515
-
Lagerschild (für
14 )Bearing plate (for14 ) - 1616
-
Ausgleichskupplung (zwischen
13 und17 )Compensating clutch (between13 and17 ) - 1717
-
Untersetzungsgetriebe (nach
13 )Reduction gear (acc13 ) - 1818
-
Abtriebswellen;
18' Abtriebswelle (an17 )Output shafts;18 ' Output shaft (at17 ) - 1919
-
Hebel (an
18 )Lever (on18 ) - 2020
-
Stellglied (an
19 )Actuator (on19 ) - 2121
-
Achse (von
18 )Axis (from18 ) - 2222
-
Schwenkachse (von
20 )Swivel axis (from20 ) - 2323
-
Schneckenwelle (vor
14 )Worm shaft (vor14 ) - 2424
-
Schnecke (auf
23 )Snail (on23 ) - 2525
-
Schneckenrad (auf
26 )Worm wheel (up26 ) - 2626
-
Querwelle (zwischen
14/23 und18' )Cross shaft (between14/23 and18 ' ) - 2727
-
Schnecke (an
26 )Snail (at26 ) - 2828
-
Schneckenrad (an
18' )Worm wheel (at18 ' ) - 2929
-
Wälzlagerung (von
18' )Rolling bearing (from18 ' ) - 3030
-
Axialkupplung (in
18' )Axial coupling (in18 ' ) - 3131
-
Spreizelement (in
30 )Spreading element (in30 )
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 608331 [0006]DE 608331 [0006]
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DE102018001275A1 true DE102018001275A1 (en) | 2019-08-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: CANZLER & BERGMEIER PATENTANWAELTE PARTNERSCHA, DE Representative=s name: PATENTANWAELTE CANZLER & BERGMEIER PARTNERSCHA, DE |