DE102018120202A1 - actuator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung (2) mit einer Lastmomentsperre, umfassend einen Stellmotor (4) mit einer Ausgangswelle (6), einen mit dieser Ausgangswelle (6) antriebsverbundenen Gewindetrieb (17), und Mittel zum Blockieren der Aktuatoranordnung (2), sofern ein von der zu verstellenden Last induziertes Lastmoment das vom Stellmotor (4) aufgebrachte Stellmoment übersteigt. Als Lastmomentsperre ist zwischen der Ausgangswelle (6) des Stellmotors (4) und dem Gewindetrieb (17) eine selbsthemmende Getriebeanordnung vorgesehen, die ein antriebsseitig eingeleitetes Drehmoment durchleitet, eine abtriebsseitig eingeleitete Kraft beziehungsweise ein Drehmoment mittels Selbsthemmung aber blockiert.The invention relates to an actuator arrangement (2) with a load torque lock, comprising an actuator (4) with an output shaft (6), a threaded drive (17) connected to this output shaft (6), and means for blocking the actuator arrangement (2), if one load torque induced by the load to be adjusted exceeds the actuating torque applied by the servomotor (4). A self-locking gear arrangement is provided between the output shaft (6) of the servomotor (4) and the screw drive (17) as a load torque lock, which transmits a torque introduced on the drive side, but blocks a force initiated on the output side or a torque by means of self-locking.
Description
Die Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung mit einer Lastmomentsperre, umfassend einen Stellmotor mit einer Ausgangswelle, einen mit dieser Ausgangswelle antriebsverbundenen Gewindetrieb und eine diese Antriebsverbindung herstellende Getriebeanordnung.The invention relates to an actuator arrangement with a load torque lock, comprising an actuator with an output shaft, a threaded drive connected to this output shaft and a gear arrangement producing this drive connection.
Aktuatoranordnungen mit Lastmomentsperre werden ganz allgemein dort eingesetzt, wo die Forderung besteht, dass eine von der Lastseite her (sozusagen von rückwärts) in eine Verstellanordnung eingeleitete Kraft beziehungsweise ein Drehmoment nicht zu einer Verstellbewegung führen darf. Ohne Lastmomentsperre würde ein das Stellmoment des Motors übersteigendes, rückwärts eingeleitetes Lastmoment zu einer unerwünschten Stellbewegung führen. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der Stellmotor nach einem Stellvorgang stromlos geschaltet wird und kein Stellmoment liefert, so dass schon kleine Lastmomente zu einer unerwünschten Stellbewegung führen würden.Actuator arrangements with load torque lock are used in general where there is a requirement that a force or a torque introduced into the adjustment arrangement from the load side (so to speak from the rear) must not lead to an adjustment movement. Without a load torque lock, a load torque initiated in reverse and exceeding the actuating torque of the motor would lead to an undesired actuating movement. This applies in particular to the case in which the servomotor is switched off after an actuating process and does not deliver any actuating torque, so that even small load torques would lead to an undesired actuating movement.
Ein typischer Anwendungsbereich für Aktuatoranordnungen der genannten Art sind Aktuatoren für die Hinterachslenkung von Kraftfahrzeugen. Derartige Aktuatoranordnungen übernehmen sicherheitsrelevante Funktionen. Dabei besteht die Forderung, dass die zu verstellenden Bauelemente beispielsweise beim Ausfall der Aktuatoranordnung keine unerwünschten Stellbewegungen ausführen, sondern in der zuletzt eingestellten Stellposition gehalten werden. Dies bedeutet, dass Außenkräfte, die über das Fahrwerk in die Aktuatoranordnung eingeleitet werden, sicher abgefangen beziehungsweise neutralisiert werden.A typical area of application for actuator arrangements of the type mentioned is actuators for the rear axle steering of motor vehicles. Such actuator arrangements take over safety-relevant functions. There is a requirement that the components to be adjusted, for example in the event of a failure of the actuator arrangement, do not perform any undesired actuating movements, but rather are held in the last set actuating position. This means that external forces that are introduced into the actuator arrangement via the chassis are safely absorbed or neutralized.
Aus der
Dazu sind jedoch zusätzliche Aktuatoren, zum Beispiel Hubmagnete zur Betätigung des Rastmechanismus erforderlich, was einen zusätzlichen konstruktiven und baulichen Aufwand bedeutet. Außerdem lassen sich auf diese Weise nur inkremental beabstandete Stellungen der Aktuatoranordnung blockieren, wobei für eine zunehmend feinere Stufung immer mehr Stifte und Ausnehmungen erforderlich sind.For this purpose, however, additional actuators, for example solenoids, are required to actuate the latching mechanism, which means additional design and construction costs. In addition, only incrementally spaced positions of the actuator arrangement can be blocked in this way, with more and more pins and recesses being required for an increasingly finer gradation.
Die
In der
Allgemein gilt, dass Aktuatoranordnungen mit einer zusätzlichen Blockiereinrichtung sehr komplex und die Herstellungskosten entsprechend hoch sind.In general, actuator arrangements with an additional blocking device are very complex and the manufacturing costs are correspondingly high.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aktuatoranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art vorzustellen, welche bei kostengünstiger Herstellung zuverlässig und dabei spielfrei sowie geräuschlos arbeitet.Against this background, the invention was based on the object of presenting an actuator arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 1, which operates reliably and at the same time without play and without noise, while being inexpensive to produce.
Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einer Aktuatoranordnung erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Aktuatoranordnung in den Unteransprüchen definiert sind.This object is achieved with an actuator arrangement which has the features of claim 1, while advantageous refinements and developments of this actuator arrangement are defined in the subclaims.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass die Selbsthemmungseigenschaften bestimmter Getriebeanordnungen immer zur Verfügung stehen, ohne die Notwendigkeit, gesonderte Blockier- oder Sperrvorrichtungen ein- oder auszuschalten.The invention was based on the knowledge that the self-locking properties of certain gear arrangements are always available without the need to switch on or off separate blocking or locking devices.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Aktuatoranordnung mit einer Lastmomentsperre, umfassend einen Stellmotor mit einer Ausgangswelle, einen mit dieser Ausgangswelle antriebsverbundenen Gewindetrieb und eine diese Antriebsverbindung herstellende Getriebeanordnung.Accordingly, the invention is based on an actuator arrangement with a load torque lock, comprising an actuator with an output shaft, a screw drive connected to this output shaft, and a gear arrangement producing this drive connection.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei dieser Aktuatoranordnung vorgesehen, dass die Getriebeanordnung die Aktuatoranordnung blockiert, sofern ein von der zu verstellenden Last induziertes Lastmoment das vom Stellmotor aufgebrachte Stellmoment übersteigt, wobei der Gesamtwirkungsgrad dieser Aktuatoranordnung nicht mehr als 50% beträgt.In order to achieve the object, it is provided in this actuator arrangement that the gear arrangement blocks the actuator arrangement if a load torque induced by the load to be adjusted exceeds the actuating torque applied by the servomotor, the overall efficiency of this actuator arrangement being no more than 50%.
Ein Getriebe ist selbsthemmend, wenn sich dessen Abtriebswelle mittels eingangsseitig, nicht jedoch mittels ausgangsseitig eingeleitete Kräfte oder Momente drehen lässt, so dass die Drehmomentübertragung nur in eine Richtung stattfinden kann. Die Antriebsseite einerseits und die Abtriebsseite andererseits sind damit fest vorgegeben.A transmission is self-locking if its output shaft is actuated by means of the input side, but not by means of forces or Can turn moments so that the torque transmission can only take place in one direction. The drive side on the one hand and the output side on the other hand are thus predefined.
Dadurch, dass der Gesamtwirkungsgrad der Aktuatoranordnung den Wert von 50% nicht übersteigt, ist sichergestellt, dass die Aktuatoranordnung im stromfreien Zustand des elektrischen Stellmotors die gerade eingestellte Stellposition sicher einhält, insbesondere auch dann, wenn ausgangsseitig eine Stellkraft auf die Aktuatoranordnung einwirkt. Der Gesamtwirkungsgrad der Aktuatoranordnung ergibt sich durch die Berücksichtigung aller Reibungsverluste in derselben, mithin aus der Multiplikation der Werte für den Wirkungsgrad des motornahen Getriebes, dem Wirkungsgrad des Gewindetriebes und dem Wirkungsgrad der Lagerung der drehbaren Wellen.The fact that the overall efficiency of the actuator arrangement does not exceed the value of 50% ensures that the actuator arrangement reliably maintains the currently set actuating position when the electric servomotor is de-energized, in particular also when an actuating force acts on the actuator arrangement on the output side. The overall efficiency of the actuator arrangement results from the consideration of all friction losses in the same, hence from the multiplication of the values for the efficiency of the motor-related gear, the efficiency of the screw drive and the efficiency of the bearing of the rotatable shafts.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als selbsthemmende Getriebeanordnung ein Schneckengetriebe mit einer mit der Ausgangswelle des Stellmotors antriebsverbundenen Schnecke und einem mit einer Mutter des Gewindetriebes antriebsverbundenen Schneckenrad genutzt wird. Bei einem selbsthemmenden Schneckengetriebe ist funktionsbedingt die Schnecke der Antriebsseite und das Schneckenrad der Abtriebsseite zugeordnet. Schneckengetriebe sind marktübliche und damit kostengünstige Maschinenelemente, die in unterschiedlichsten Ausgestaltungen zur Verfügung stehen. Sie erfüllen bei entsprechender Auslegung in idealerweise die für Aktuatoranordnungen bestehenden Vorgaben, das heißt, sie leiten einerseits von der Antriebsseite her eingeleitete Drehmomente in beiden Drehrichtungen hindurch, sperren andererseits jedoch von der Abtriebsseite her eingeleitete Drehmomente, ebenfalls in beiden Drehrichtungen.According to a preferred embodiment, it is provided that a worm gear with a worm drive-connected to the output shaft of the servomotor and a worm wheel drive-connected to a nut of the screw drive is used as the self-locking gear arrangement. In the case of a self-locking worm gear, the worm is assigned to the drive side and the worm wheel to the output side due to its function. Worm gears are common and therefore inexpensive machine elements that are available in a wide variety of designs. If suitably designed, they ideally meet the requirements for actuator arrangements, i.e. they on the one hand conduct torques introduced from the drive side in both directions of rotation, but on the other hand block torques introduced from the output side, also in both directions of rotation.
Schneckengetriebe haben im Allgemeinen einen Kreuzungswinkel von 90°, demnach kreuzen sich die Achse der Schnecke einerseits und die Achse des Schneckenrades andererseits rechtwinklig. Deswegen ist gemäß einer weiteren, zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung als Antriebsverbindung zwischen der Ausgangswelle des Stellmotors und der Schnecke ein 90°-Winkelgetriebe vorgesehen, welches es ermöglicht, dass die Ausgangswelle des Stellmotors und die Spindel des Kugelgewindetriebes parallel zueinander ausgerichtet sind, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch dargelegt wird.Worm gearboxes generally have a crossing angle of 90 °, so that the axis of the worm on the one hand and the axis of the worm wheel on the other cross at right angles. Therefore, according to a further, expedient embodiment of the invention, a 90 ° angular gear is provided as the drive connection between the output shaft of the servomotor and the worm, which enables the output shaft of the servomotor and the spindle of the ball screw drive to be aligned parallel to one another, as in one exemplary embodiment is still set out.
Gemäß einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung der Aktuatoranordnung ist vorgesehen, dass das 90°-Winkelgetriebe ein auf der Ausgangswelle des Stellmotors angeordnetes sowie ein damit in Eingriff stehendes, auf einer die Schnecke tragenden Schneckenwelle angeordnetes, jeweils spiralverzahntes Zahnrad umfasst. Eine derartige Zahnradpaarung ermöglicht eine hohe übertragene Leistung bei geringen Geräuschen.According to a further constructive embodiment of the actuator arrangement, it is provided that the 90 ° angular gear comprises a spiral toothed gear arranged on the output shaft of the servo motor and in engagement with it, arranged on a worm shaft supporting the worm. Such gear pairing enables high transmitted power with low noise.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Schneckenrad des Schneckengetriebes mit der Mutter des Gewindetriebes ein integrales Bauteil bildet. Demnach kann das Schneckenrad mit der Mutter kraftschlüssig, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sein. Bevorzugt weist der Gewindetrieb ein mehrgängiges Gewinde auf.A further embodiment of the invention provides that the worm wheel of the worm gear forms an integral component with the nut of the screw drive. Accordingly, the worm wheel can be non-positively, cohesively or positively connected to the nut. The screw drive preferably has a multi-start thread.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aktuatoranordnung ist der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes durch eine entsprechende Gestaltung dessen Schrägungswinkels so gewählt, dass, wie vorne erwähnt, unter Berücksichtigung der Einzelwirkungsgrade aller Getriebeelemente der Gesamtwirkungsgrad der Aktuatoranordnung nicht mehr als 50% beträgt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass das Schneckengetriebe eine Übersetzung i > 5 und das 90°-Winkelgetriebe eine Übersetzung i < 5 hat. Eine zweckmäßige konstruktive Auslegung der Aktuatoranordnung wird mittels eines Ausführungsbeispiels beschrieben.According to an advantageous embodiment of the actuator arrangement according to the invention, the efficiency of the worm gear is selected by a corresponding design of its helix angle such that, as mentioned above, taking the individual efficiencies of all gear elements into account, the overall efficiency of the actuator arrangement is not more than 50%. It can be provided that the worm gear has a ratio i> 5 and the 90 ° bevel gear has a ratio i <5. An expedient structural design of the actuator arrangement is described using an exemplary embodiment.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Aktuatoranordnung mit einem zwischen einem Stellmotor und einem Kugelgewindetrieb angeordneten Schneckengetriebe.The invention is further explained below using an exemplary embodiment. A drawing is attached to the description. In this, the single figure shows a perspective view of an actuator arrangement according to the invention with a worm gear arranged between a servomotor and a ball screw.
Die in der Figur dargestellte Aktuatoranordnung
Eine besonders günstige Auslegung im Sinne der weiter vorne genannten Vorgaben ergibt sich, wenn das Schneckengetriebe (Schnecke
Bevorzugt ist vorgesehen, dass beispielsweise die Mutter
Wie die Figur zeigt, wird der 90°-Kreuzungswinkel des Schneckengetriebes durch das 90°-Winkelgetriebe (Zahnräder
Es sei hier erwähnt, dass bei Aktuatoranordnungen der beschriebenen Art bevorzugt Kugelgewindetriebe eingesetzt werden, wobei jedoch auch andere, beispielsweise herkömmliche Gewindetriebe zur Anwendung kommen können.It should be mentioned here that ball screw drives are preferably used in actuator arrangements of the type described, although other screw drives, for example conventional screw drives, can also be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Aktuatoranordnungactuator
- 44
- Elektrischer StellmotorElectric servomotor
- 66
- Ausgangswelleoutput shaft
- 88th
- Zahnrad auf der AusgangswelleGear on the output shaft
- 1010
- Zahnrad auf der SchneckenwelleGear on the worm shaft
- 1212
- Schneckenwelle auf der SchneckenwelleWorm shaft on the worm shaft
- 1414
- Schneckeslug
- 1616
- Schneckenrad an der Mutter am KugelgewindetriebWorm gear on the nut on the ball screw
- 1717
- Kugelgewindetrieb, GewindetriebBall screw drive, screw drive
- 1818
- Mutter am KugelgewindetriebBall screw nut
- 2020
- KugelgewindespindelBall screw
- 2222
- Doppelpfeil, translatorische BewegungsrichtungDouble arrow, translatory direction of movement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013211230 A1 [0004]DE 102013211230 A1 [0004]
- DE 102005023250 A1 [0006]DE 102005023250 A1 [0006]
- DE 102008024910 A1 [0007]DE 102008024910 A1 [0007]
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018120202.4A DE102018120202A1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018120202.4A DE102018120202A1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018120202A1 true DE102018120202A1 (en) | 2020-02-20 |
Family
ID=69320375
Family Applications (1)
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DE102018120202.4A Withdrawn DE102018120202A1 (en) | 2018-08-20 | 2018-08-20 | actuator |
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-
2018
- 2018-08-20 DE DE102018120202.4A patent/DE102018120202A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |