DE102018213527A1

DE102018213527A1 - Linearaktuator mit kinematischer Schnittstelle

Info

Publication number: DE102018213527A1
Application number: DE102018213527.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Brandt; Johannes Görlach; Jan Eschenauer
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2020-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator (100) mit einem Elektromotor (102) mit einem Rotor (108) und einem Stator (106), einem Rotations-Translationsgetriebe (104) mit einer drehbar gelagerten Spindel (112) und einer entlang der Spindel (112) verschiebbar gelagerten Spindelmutter (114), und einer kinematischen Schnittstelle (116) zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor (108) auf die Spindel (112), wobei die Schnittstelle (116) ein elektromotorseitiges Kopplungselement (118) und eine spindelseitige Gegenkontur (120) aufweist. Die Gegenkontur (120) ist drehfest mit der Spindel (112) verbunden und das Kopplungselement (118) ist so mit dem Rotor (108) verbunden, dass ein durch den Elektromotor (102) erzeugtes Drehmoment auf das Kopplungselement (118) übertragen wird. Das Kopplungselement (118) steht so mit der Gegenkontur (120) in Wirkverbindung, dass ein Drehmoment von dem Rotor (108) auf die Spindel (112) übertragen wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Gegenkontur (120) zumindest abschnittsweise als Mehrkantstift ausgebildet ist, und das Kopplungselement (118) eine hierzu gegenstückige Ausnehmung (142) mit einer Innenmehrkant-Geometrie aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator mit einem Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, einem Rotations-Translationsgetriebe mit einer drehbar gelagerten Spindel und einer entlang der Spindel verschiebbar gelagerten Spindelmutter, und einer kinematischen Schnittstelle zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor auf die Spindel. Die Schnittstelle weist ein elektromotorseitiges Kopplungselement und eine spindelseitige Gegenkontur auf, wobei die Gegenkontur drehfest mit der Spindel verbunden ist und das Kopplungselement so mit dem Rotor verbunden ist, dass ein durch den Elektromotor erzeugtes Drehmoment auf das Kopplungselement übertragen wird. Das Kopplungselement steht so mit der Gegenkontur in Wirkverbindung, dass ein Drehmoment von dem Rotor auf die Spindel übertragen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Bremsanlage mit einem solchen Linearaktuator.
Derartige Linearaktuatoren sind im Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen für die unterschiedlichsten Anwendungsszenarien bekannt. Eines dieser Anwendungsszenarien sind elektromechanisch-hydraulische Bremssysteme, welche im Automobilbereich mehr und mehr Bedeutung gewinnen.
Dabei werden Linearaktuatoren zur Verschiebung eines Kolbens eines hydraulischen Druckzylinders eingesetzt, wodurch ein in dem Druckzylinder befindliches Medium wie eine Bremsflüssigkeit unter Druck gesetzt, bzw. aus dem Zylinder verdrängt wird. Die so verdrängte Bremsflüssigkeit wird dann über entsprechende Ventilvorrichtungen an die jeweiligen Radbremsen der einzelnen Räder eines Fahrzeugs weitergeleitet, sodass bspw. ein Bremsbelag mit einem definierten Druck auf eine Bremsscheibe gepresst und das Fahrzeug entsprechend verzögert wird.
Zur sicheren Verzögerung eines Fahrzeugs sind dabei je nach Größe und Gewicht des Fahrzeugs teilweise erhebliche Drücke notwendig, welche bei bis zu 225 Bar oder darüber liegen können. Die zur Erzeugung dieser Drücke in dem Druckzylinder notwendigen Linearkräfte werden im Wesentlichen durch die Spindel des Rotations-Translationsgetriebe erzeugt und müssen folglich durch deren Lagerung aufgefangen werden.
Gleichzeitig wird auch im Bereich der Bremssysteme stets eine Optimierung des notwendigen Bauraums einer Bremsanlage und insbesondere der Steuer- und Druckbereitstellungseinheiten angestrebt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, einen Linearaktuator mit einer kinematischen Schnittstelle zu schaffen, der bei kleinem Platzbedarf zur Aufnahme hoher Linearkräfte geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Linearaktuators dadurch gelöst, dass die Gegenkontur der kinematischen Schnittstelle zumindest abschnittsweise als Mehrkantstift ausgebildet ist und das Kopplungselement eine hierzu gegenstückige Ausnehmung mit einer Innenmehrkant-Geometrie aufweist.
Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Lösung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben, sowie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Unter einem „Mehrkantstift“ wird dabei ein Element verstanden, welches im Querschnitt bzw. im Profil die Form eines Polygons aufweist, welches vorzugsweise gleichseitig ist. Gleichermaßen wird unter einer „Innenmehrkant-Geometrie“ eine Ausnehmung verstanden, deren Querschnitt ebenfalls einem solchen Polygon entspricht. Unter einem „Mehrkantstift“ werden neben Elementen, deren Querschnitt die Form von gleichseitigen Polygonen aufweist, werden unter einem „Mehrkantstift“ auch Elemente verstanden, deren Querschnitt die Form von von gleichseitigen Polygonen abgeleiteten Geometrien aufweisen, wie beispielsweise ein Innen- oder Außenrund.
Die Wirkverbindung zwischen Kopplungselement und Gegenkontur wird dabei dadurch erreicht, dass die Gegenkontur in die Ausnehmung des Kopplungselements eingreift. Die Verwendung eines Mehrkantstifts einerseits und eines Elements mit einer entsprechenden geeigneten Aufnahme für den Mehrkantstift andererseits ermöglicht dabei aufgrund des hierbei entstehenden Formschlusses die Übertragung hoher Drehmomente bei gleichzeitigem sehr geringem Platzbedarf, insbesondere in radialer Richtung des Linearaktuators. Ferner sind derartige Elemente vergleichsweise einfach zu fertigen und leicht miteinander in Eingriff zu bringen, sodass auch die Fertigung und der Zusammenbau eines Linearaktuators mit einer solchen kinematischen Schnittstelle vereinfacht sind. Gleichzeitig gewährleistet eine Verbindung mittels Mehrkantstift und einer entsprechenden Aufnahme ein geringes Umkehrspiel der kinematischen Schnittstelle.
Dabei kann das Kopplungselement sowohl direkt mit dem Rotor verbunden sein, als auch über ein entsprechendes Getriebe von dem Elektromotor angetrieben werden.
Der Zusammenbau des Linearaktuators und insbesondere die Verbindung der Gegenkontur mit dem Kopplungselement werden nach einer Ausführungsform dadurch vereinfacht, dass der Mehrkantstift ein kugelförmig abgerundetes, dem Kopplungselement zugewandtes Ende aufweist. Durch ein solches abgerundetes Ende wird der Mehrkantstift bei Berührung einer der Kanten der Ausnehmung des Kopplungselements mit großer Wahrscheinlichkeit direkt in das Zentrum der Ausnehmung geführt, sodass der Mehrkantstift sicher mit der Ausnehmung in Eingriff gebracht werden kann. Meist ist es hierzu lediglich noch erforderlich, den Mehrkantstift leicht gegen die Ausnehmung zu verdrehen, bis das Profil des Mehrkantstifts deckungsgleich mit dem Profil der Ausnehmung angeordnet ist.
Die Kraftübertragung zwischen Gegenkontur und Kopplungselement, insbesondere auch in Längsrichtung der Spindel, wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch verbessert, dass die Ausnehmung des Kopplungselements auf ihren Mehrkantseitenflächen ein gotisches Profil und an ihrem axial der Gegenkontur abgewandten Ende eine konkave Fläche aufweist. Eine solche Ausgestaltung der Ausnehmung ist insbesondere in Kombination mit der zuvor beschriebenen kugelförmigen Ausgestaltung des Endes des Mehrkantstifts vorteilhaft.
Unter einem „gotischen Profil“ wird dabei ein Profil verstanden, welches durch eine Überlagerung zweier Kreissegmente entsteht, deren Mittelpunkte nicht identisch, sondern gegeneinander versetzt sind. Durch eine solche Ausgestaltung der Ausnehmung in Kombination mit einem abgerundeten Ende der Gegenkontur wird zwischen dem axialen Ende der Gegenkontur und dem Boden der Ausnehmung des Kopplungselements eine Schmiegung erreicht, welche eine große Stützfläche zwischen Gegenkontur und Kopplungselement in axialer Richtung bereitstellt und damit eine sehr gute Axialkraftübertragung gewährleistet.
Die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen Kopplungselement und Gegenkontur wird nach einer weiteren Ausführungsform ferner dadurch vereinfacht, dass das Kopplungselement im Bereich des Übergangs zwischen der Ausnehmung und einer der Gegenkontur zugewandten Fläche abgerundete Kanten aufweist. Hierdurch wird bei einem Einführen der Gegenkontur in die Ausnehmung des Kopplungselements die Gegenkontur automatisch in Richtung Zentrum der Ausnehmung geführt, sodass der Zusammenbau des Linearaktuators weiter vereinfacht wird. Dieser Effekt wird insbesondere dann erreicht, wenn gleichzeitig das dem Kopplungselement zugewandte Ende der Gegenkontur kugelförmig abgerundet ist.
Mitunter kann es aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Fehlern beim Zusammenbau des Linearaktuators vorkommen, dass die Spindel in ihrer Längsachse leicht gegen die eigentliche Drehachse, welche von dem Kopplungselement bzw. dessen Ausnehmung vorgeben wird, abweicht. Um auch in diesem Fall eine sichere Führung der der Gegenkontur in dem Kopplungselement und eine entsprechende Drehmomentübertragung zu gewährleisten, ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Mehrkantseitenflächen der Ausnehmung des Kopplungselements mit der Längsachse des Kopplungselements einen Winkel zwischen 0,5° und 3° einschließen. Insbesondere hat sich dabei eine Winkelstellung von 1,5° als wirksam erwiesen, sodass auch eine Schrägstellung der Spindel relativ zu dem Kopplungselement toleriert werden kann. Die zuvor beschriebene Toleranz gegenüber einer Verkippung der Spindel kann ferner auch erreicht werden, indem die Spindel einen entsprechend angewinkelten Hinterschnitt aufweist, welcher den notwendigen Winkelausgleich gewährleistet.
Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Mehrkantstift um einen Sechskantstift. Bei einem Sechskantstift handelt es sich um einen Stift, dessen Querschnitt einem gleichseitigen Hexagon entspricht. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine sehr gute Übertragung von Drehmomenten aufgrund einer großen axialen Abstützfläche. Gleichzeitig ist die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen Gegenkontur und Kopplungselement vereinfacht. So muss durch die Verwendung eines Sechskants der die Gegenkontur vor dem Einführen in die Ausnehmung des Kopplungselements um maximal 30° gedreht werden, bis die Kontur der Ausnehmung und der Gegenkontur deckungsgleich sind. Die möglichen Drehwinkelstellungen zum Zusammenbau der kinematischen Kopplung liegen nämlich genau um 60° gegeneinander versetzt, sodass bei sinnvoller Auswahl der Drehrichtung maximal eine Drehung um 30° erforderlich wird.
Der Aufbau des Linearaktuators wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nochmals kompakter gestaltet, indem es sich bei dem Rotor um einen Hohlrotor handelt, innerhalb dessen die Spindel angeordnet ist, wobei das Kopplungselement drehfest mit dem Hohlrotor verbunden ist. Vorzugsweise fällt dabei die Rotationsachse des Hohlrotors mit der Rotationsachse der darin angeordneten Spindel zusammen. Dabei kann das Kopplungselement sowohl direkt mit dem Rotor verbunden sein, als auch über ein entsprechendes Zwischenelement mit diesem verbunden sein. Der Stator ist dabei vorzugweise radial um den Rotor herum angeordnet, wodurch ein sehr kompakter Gesamtaufbau erzielt wird. Die Verwendung eines Getriebes zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor auf das Kopplungselement kann hierbei entfallen. Bei dieser Anordnung kann ferner das Kopplungselement innerhalb einer Lagerung des Rotors angeordnet werden, welche beispielsweise als Kugellager ausgeführt sein kann, wodurch der Gesamtaufbau nochmals kompakter gestaltet wird.
Die Führung der Gegenkontur in der Ausnehmung des Kopplungselements und insbesondere die Herstellung einer Wirkverbindung zwischen diesen Elementen wird nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch verbessert, dass in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Mehrkantseitenflächen der Ausnehmung des Kopplungselements Ausbuchtungen vorgesehen sind, die die Ausnehmung in radialer Richtung des Kopplungselements erweitern. Bei den Ausbuchtungen kann es sich beispielsweise um kreisrunde Bohrungen handeln, deren Mittelpunkte exakt auf den Schnittgeraden zwischen benachbarten Mehrkantseitenflächen der Ausnehmung verlaufen. Auf diese Weise wird nochmals ein weiterer Freiheitsgrad für den in der Ausnehmung des Kopplungselements angeordneten Mehrkantstift geschaffen.
Um eine Geräuschbildung innerhalb des Linearaktuators im Bereich der kinematischen Schnittstelle zu vermeiden, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Gegenkontur eine umlaufende Nut aufweist, wobei in der Nut ein elastisches Element angeordnet ist. Bei dem elastischen Element handelt es sich beispielsweise um einen O-Ring. Die Anordnung eines solchen elastischen Elements im Bereich der Gegenkontur kann durch entsprechende Positionierung der Nut eine Relativbewegung zwischen Kopplungselement und Gegenkontur dämpfen und beispielsweise die Entstehung von Klick-Geräuschen beim Betrieb des Linearaktuators unterbinden.
Die Stabilität der kinematischen Schnittstelle wird nach einer weiteren Ausführungsform dadurch verbessert, dass die Gegenkontur einteilig mit der Spindel ausgeführt ist. Beispielswiese kann die Spindel mit der an ihrem axialen Ende angeordneten Gegenkontur als durchgehender Stab ausgeführt werden, welcher durch entsprechende Bearbeitungsschritte in den jeweiligen Bereichen so angepasst wird, dass der Stab sowohl einen Spindelbereich als auch die Gegenkontur aufweist.
Ferner wird die Stabilität der kinematischen Schnittstelle nach einer weiteren Ausführungsform noch weiter erhöht, indem das Kopplungselement und die Gegenkontur aus einem Metall bestehen, beispielsweise einem Werkzeugstahl.
Bei einem Linearaktuator der beanspruchten Art wird durch die Bewegung der Spindelmutter in Längsrichtung der Spindel entweder eine Kraft in Richtung auf die kinematische Schnittstelle des Linearaktuators zu oder eine Kraft von der kinematischen Schnittstelle weg übertragen. Während eine durch Übertragung einer Kraft von der kinematischen Schnittstelle weg verursachte Gegenkraft auf die Spindel üblicherweise durch deren Lagerung in der kinematischen Schnittstelle aufgefangen wird, kann bei einer dem entgegen gerichteten Kraft die Spindel bzw. die daran angeordnete Gegenkontur aus der kinematischen Schnittstelle gezogen werden, sodass ein Drehmoment von dem Elektromotor nicht mehr auf die Spindel übertragen werden kann. Dies wird nach einer weiteren Ausführungsform jedoch dadurch verhindert, dass die Gegenkontur eine Rückhaltevorrichtung aufweist, wobei die Rückhaltevorrichtung so in den Rotor oder ein mit dem Rotor drehfest verbundenes Element eingreift, das die Gegenkontur gegen eine axiale Verschiebung von dem Kopplungselement weg gesichert ist.
In einer Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform weist die Rückhaltevorrichtung eine an der Gegenkontur angeordnete erste Scheibe auf, an der sich die Gegenkontur in axialer Richtung abstützt und eine zweite Scheibe aufweist, die sich in axialer Richtung an dem Rotor oder einem mit dem Rotor drehfest verbundenen Element abstützt, wobei zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe ein Dämpfungselement angeordnet ist. Dabei können zur Abstützung der zweiten Scheibe an dem Rotor bzw. zur Abstützung der Gegenkontur an der ersten Scheibe beispielsweise Sicherungsringe vorgesehen sein, welche in entsprechende Ausnehmungen oder Einkerbungen der beteiligten Elemente eingreifen. Ein Sicherungsring zur Sicherung der zweiten Scheibe an dem Rotor kann dabei als Sprengring ausgeführt werden, der bei einem Einführen der zweiten Scheibe in eine entsprechende Aufnahme der Spindel bei Erreichen einer Endstellung in eine entsprechende Ausnehmung des Rotors eingreift.
Durch die Verwendung eines Dämpfungselements bzw. eines Federelements in der axialen Abstützung der Gegenkontur können Beschädigungen der Gegenkontur im Betrieb des Linearaktuators reduziert werden. So können bei der Verwendung von Linearaktuatoren je nach Ansteuerung situationsabhängig kurze Zug- oder Druckimpulse entstehen, welche eine Beschädigung der Komponenten des Linearaktuators oder ein Auflösen der Wirkverbindung zwischen Kopplungselement und Gegenkontur nach sich ziehen können. Derartige Beschädigungen, welche zu einem Ausfall des Linearaktuators führen können, werden jedoch durch Verwendung geeigneter Dämpfungselemente vermieden. Dabei wird das zwischen der ersten und zweiten Scheibe angeordnete Dämpfungselement Wirkbetrieb aufgrund der scheibenförmigen Auflageflächen gleichmäßig komprimiert, womit Querkräfte oder Beschädigungen des Dämpfungselements vermieden werden können. Ferner bestehen bei einer derartigen Anordnung größere Freiheiten bei der Gestaltung des Dämpfungselements.
Bei dem Dämpfungselement handelt es sich dabei nach einer bevorzugten Ausführungsform um ein ringförmiges Elastomer. Vorzugsweise wird hierbei ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) als Material für das Dämpfungselement verwendet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rotations-Translationsgetriebe um einen Kugelgewindetrieb. Derartige Rotations-Translationsgetriebe zeichnen sich durch hohe übertragbare Kräfte bei gleichzeitig sehr geringen Reibungsverlusten aus.
Die Fertigung des Kopplungselements und/oder der Gegenkontur wird nach einer weiteren Ausführungsform dadurch vereinfacht, dass das Kopplungselement und/oder die Gegenkontur wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrisch sind. In diesem Fall kann beispielsweise das Kopplungselement als Scheibenförmiges Element ausgeführt sein, welches aus einem Materialblock gedreht, oder als Kaltschlagteil hergestellt wird. Die Ausnehmung kann dann in einem nachfolgenden Fertigungsschritt in das Kopplungselement eingebracht werden. In analoger Art und Weise kann die Gegenkontur als Endbereich einer in ihrem Querschnitt kreisrunden Stange ausgeführt sein, wobei der Endbereich der Stange dann als Mehrkantstift im Sinne der vorliegenden Anmeldung ausgestaltet werden kann.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Bremsanlage mit wenigstens einer Radbremse, einem Hydraulikzylinder und einem Linearaktuator, wie er zuvor beschrieben wurde. Der Hydraulikzylinder ist zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet und mit der Radbremse hydraulisch verbunden. Dem Hydraulikzylinder ist ein Kolben zugeordnet, welcher dazu ausgebildet ist, bei Verschiebung innerhalb des Hydraulikzylinder eine in dem Hydraulikzylinder befindliche Flüssigkeit aus dem Hydraulikzylinder in Richtung der Radbremse zu verdrängen, wobei der Kolben an der Spindelmutter des Linearaktuators angeordnet ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der zuvor beschriebenen Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Schnittansicht eines beispielgemäßen Linearaktuators,
2 eine isometrische Detailansicht der kinematischen Schnittstelle,
3 eine Detailansicht eines Kopplungselements,
4 eine Detailansicht einer Gegenkontur, und
5 zwei Schnittansichten einer Ausnehmung mit darin angeordnetem Mehrkantstift.

Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Linearaktuators 100. Der Linearaktuator 100 weist einen Elektromotor 102 und ein Rotations-Translationsgetriebe 104 auf, welches in der vorliegenden Ausführungsform als Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Der Elektromotor 102 weist einen schematisch dargestellten, fest dem abschnittsweise dargestellten Gehäuse 107 des Linearaktuators 100 verbundenen Stator 106, sowie einen drehbar in dem Stator 106 gelagerten Rotor 108 auf. Der Rotor 108 ist dabei als Hohlrotor ausgeführt, sodass innerhalb des Rotors 108 weitere Elemente angeordnet werden können. Zur drehbaren Lagerung des Rotors 108 sowie der mit dem Rotor drehfest verbundenen weiteren Elemente ist ein Kugellager 110 vorgesehen, welches wiederum fest in dem Gehäuse 107 verankert ist.
Innerhalb des Rotors 108 ist das Rotations-Translationsgetriebe 104 angeordnet. Dabei weist das Rotations-Translationsgetriebe 104 eine als Gewindespindel ausgeführte Spindel 112, sowie eine Spindelmutter 114 auf. Die Spindel 112 ist dabei, wie im Folgenden noch erläutert wird, drehfest mit dem Rotor 108 verbunden, sodass ein durch den Elektromotor 102 erzeugtes Drehmoment auf die Spindel 112 übertragen wird. Die Spindelmutter 114 ist innerhalb des Rotors 108 verdrehsicher gelagert, sodass bei einer Drehung der Spindel 112 um ihre Längsachse die Spindelmutter 114 je nach Drehrichtung der Spindel 112 in dem Bild nach links oder nach rechts bewegt wird. Zwischen der Spindel 112 und der Spindelmutter 114 sind beispielsgemäß Kugeln angeordnet, welche jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
Die Übertragung eines durch den Elektromotor 102 erzeugten Drehmoments auf die Spindel 112 erfolgt durch eine in der 1 links angeordnete kinematische Schnittstelle 116. Die kinematische Schnittstelle 116 besteht im Wesentlichen aus einem Kopplungselement 118 und einer an der Spindel 112 ausgebildeten Gegenkontur 120. Bei der Gegenkontur 120 handelt es sich im Wesentlichen um einen Sechskantstift, welcher in eine entsprechende gegenstückige Ausnehmung des Kopplungselements 118 eingreift. Auf die konkrete Ausgestaltung des Kopplungselements 118 und der Gegenkontur wird mit Bezug auf die 3 und 4 eingegangen werden.
Das Kopplungselement 118 ist über ein Befestigungselement 122 mit einer mit dem 108 Rotor drehfest verbundenen Aussenhülse 124 derart verbunden, dass jede Drehung des Rotors 108 direkt auf das Kopplungselement 118 übertragen wird. Dabei ist das Kopplungselement innerhalb des Kugellagers 110 angeordnet, wodurch ein sehr kompakter Aufbau des Linearaktuators erzielt wird. Durch den Eingriff der Gegenkontur 120 in das Kopplungselement 118 wird dabei jede Rotation des Rotors 108 gleichermaßen auch auf die Spindel 112 übertragen.
Die 2 zeigt eine isometrische Detailansicht der Verbindung zwischen der Spindel 112 und dem mit dem Rotor 108 drehfest verbundenen Kopplungselement 118. Die Spindel 112 bzw. die an der Spindel 112 ausgebildete Gegenkontur 120 ist in dem Kopplungselement per se nicht befestigt. Wird nun im Betrieb des Linearaktuators durch eine entsprechende Rotation der Spindel 112 eine Kraft auf die Spindelmutter 114 nach links übertragen, wird die Spindel gleichermaßen nach rechts getrieben. Die hierbei entstehenden Kräfte in axialer Richtung werden durch die kinematische Schnittstelle 116 aufgefangen. Wird hingegen die Spindelmutter 114 mit einer Kraft nach rechts, also auf die kinematische Schnittstelle 116 zu beaufschlagt, würde die Spindel 112 aus dem Kopplungselement 118 herausgezogen.
In der dargestellten Ausführungsform wird dies jedoch verhindert, indem an der Gegenkontur 120 eine Rückhaltevorrichtung 126 ausgebildet ist. Die Rückhaltevorrichtung 126 weist dabei eine zweite Scheibe 128 auf, welche entlang ihres Umfangs eine Ausnehmung in Form einer Tasche 132 aufweist. In dieser Tasche 132 ist ein als Sprengring ausgeführter Sicherungsring 130 angeordnet, welcher sich in axialer Richtung an der Aussenhülse 124 abstützt und folglich die zweite Scheibe 128 gegen eine Verschiebung in axialer Richtung von der kinematischen Schnittstelle 116 weg sichert.
Die Gegenkontur 120 stützt sich gegen diese zweite Scheibe 128 gegen eine axiale Verschiebung von der kinematischen Schnittstelle 116 weg ab. Hierzu ist in einem Umfang der Gegenkontur eine Einkerbung 152 vorgesehen, in der ein weiterer Sicherungsring 134 angeordnet ist. Dieser Sicherungsring 134 stützt sich wiederum in axialer Richtung an einer ersten Scheibe 136 ab, welche in axialer Richtung zwischen dem Sicherungsring 134 und der zweiten Scheibe 128 angeordnet ist. Zwischen der ersten Scheibe 136 und der zweiten Scheibe 128 ist schließlich ein Dämpfungselement 138 in Form eines Ringes aus einem EPDM angeordnet, welches auftretende Zugbelastungen in axialer Richtung dämpft.
Die 3 zeigt eine isometrische Ansicht eines Kopplungselements 116. Bei dem Kopplungselement 116 handelt es sich in seiner Grundform um ein rotationssymmetrisches Element, welches vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise einem Werkzeugstahl oder einem Kaltumformstahl besteht. In der Mitte der Frontfläche 140 des Kopplungselement 118, welche im montierten Zustand des Linearaktuators 100 der Spindel 112 zugewandt ist, ist eine Ausnehmung 142 vorgesehen. In ihrer Grundform weist die Ausnehmung 142 ein Innensechskant-Profil auf, sodass der Querschnitt der Ausnehmung 142 ein gleichseitiges Hexagon ist.
Die Übergänge 144 zwischen den Mehrkantseitenflächen 146 der Ausnehmung und der Frontfläche 140 sind abgerundet, wodurch ein Einsetzen der Gegenkontur 120 in die Ausnehmung erleichtert wird. Ferner sind in den Übergängen zwischen benachbarten Mehrkantseitenflächen 146 Ausbuchtungen 148 vorgesehen, welche als nahezu kreisrunde Erweiterungen der Ausnehmung 142 in radialer Richtung wirken.
Die Mehrkantseitenflächen 146 weisen in Längsrichtung des Kopplungselements 118 ein gotisches Profil auf, welches sich in dem konkav gewölbten Boden 150 der Ausnehmung 142 fortsetzt.
Die Figur zeigt die zu der Ausnehmung 142 des Kopplungselements 118 gegenstückige Struktur der Gegenkontur 120. Die Gegenkontur 120 ist dabei an einem longitudinalen Ende der Spindel 112 und einteilig mit dieser ausgebildet. An ihrem Endbereich weist die Gegenkontur einen Sechskantstift auf, der an seinem axialen Ende 154 in eine kugelförmig abgerundete Endfläche 156 mündet. Dabei ist die Endfläche 156 in einem mittleren Bereich 158 abgeflacht.
Auf der dem axialen Ende 154 entgegengesetzten Seite des Sechskantstifts ist in der Gegenkontur 120 die Einkerbung 152 vorgesehen, in die im montierten Zustand der Sicherungsring 134 eingreift. An die Einkerbung 152 schließt sich in axialer Richtung ein in seinem Querschnitt kreisrunder Abschnitt der Spindel 112 an, welcher dann in den Gewindeteil der Spindel 112 übergeht.
In der 5 ist schließlich in zwei Schnittbildern a) und b) gezeigt, wie die Gegenkontur 120 mit der Ausnehmung 142 zusammenwirkt. Dabei ist in der 5 a) ein seitliches Schnittbild gezeigt, während die 5 b) einen Querschnitt durch eine Aufnahme 142 mit darin angeordneter Gegenkontur 120 zeigt.
In der 5 a) ist gut zu erkennen, dass die Endfläche 156 großflächig auf dem gewölbten Boden 150 der Ausnehmung 142. Dies ermöglicht die Übertragung großer Kräfte in Längsrichtung der kinematischen Schnittstelle 116. Wird nun die Spindel 112 leicht gegen die Längsachse der kinematischen Schnittstelle verkippt, wird aufgrund der gewölbten, gotischen Struktur der Ausnehmung 142 weiterhin eine große Kontaktfläche zwischen der Endfläche 156 der Gegenkontur 120 und dem Boden 150 des Kopplungselements 118 für eine Kraftübertragung genutzt. Auf diese Weise kann ein Verschleiß der beteiligten Elemente auf ein Minimum reduziert werden. Dabei wird eine leichte Verkippung der Spindel 112 aufgrund der leicht schräg verlaufenden Mehrkantseitenflächen 146 in der kinematischen Schnittstelle 116 toleriert.
In der 5 b) ist gut zu erkennen, dass die Kanten des Sechskantstifts der Gegenkontur 120 im Bereich der Übergänge zwischen benachbarten Mehrkantseitenflächen 146 der Ausnehmung 142 nicht an der Oberfläche der Ausnehmung 142 anliegen. Vielmehr wird hier eine Toleranz durch die Ausbuchtungen 148 geschaffen, welche eine leichtere Positionierung des Sechskantstifts in der Ausnehmung 142 ermöglicht. Gleichzeitig liegen aufgrund der Ausbuchtungen 148 die Kanten des Sechskants der Gegenkontur 120 nicht im Kraftfluss, womit einer Verformung der Kanten vorgebeugt wird. Die Übertragung des Drehmoments zwischen Kopplungselement 118 und Gegenkontur 120 erfolgt ausschließlich über die Mehrkantseitenflächen 146, wobei hier gegenüber der Belastung einer scharfen Kante ausreichend stützendes Material belastet wird, sodass eine Verformung nicht zu befürchten ist.
Bezugszeichenliste

100: Linearaktuator
102: Elektromotor
104: Rotations-Translationsgetriebe
106: Stator
107: Gehäuse
108: Rotor
110: Kugellager
112: Spindel
114: Spindelmutter
116: kinematische Schnittstelle
118: Kopplungselement
120: Gegenkontur
122: Befestigungselement
124: Aussenhülse
126: Rückhaltevorrichtung
128: zweite Scheibe
130: Sicherungsring
132: Tasche
134: Sicherungsring
136: erste Scheibe
138: Dämpfungselement
140: Frontfläche
142: Ausnehmung
144: Übergang
146: Mehrkantseitenfläche
148: Ausbuchtung
150: Boden
152: Einkerbung
154: axiales Ende
156: Endfläche
158: mittlerer Bereich

Claims

Linearaktuator (100) mit • einem Elektromotor (102) mit einem Rotor (108) und einem Stator (106), • einem Rotations-Translationsgetriebe (104) mit einer drehbar gelagerten Spindel (112) und einer entlang der Spindel (112) verschiebbar gelagerten Spindelmutter (114), und • einer kinematischen Schnittstelle (116) zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotor (108) auf die Spindel (112), wobei die Schnittstelle (116) ein elektromotorseitiges Kopplungselement (118) und eine spindelseitige Gegenkontur (120) aufweist, wobei die Gegenkontur (120) drehfest mit der Spindel (112) verbunden ist und das Kopplungselement (118) so mit dem Rotor (108) verbunden ist, dass ein durch den Elektromotor (102) erzeugtes Drehmoment auf das Kopplungselement (118) übertragen wird, wobei das Kopplungselement (118) so mit der Gegenkontur (120) in Wirkverbindung steht, dass ein Drehmoment von dem Rotor (108) auf die Spindel (112) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontur (120) zumindest abschnittsweise als Mehrkantstift ausgebildet ist, und das Kopplungselement (118) eine hierzu gegenstückige Ausnehmung (142) mit einer Innenmehrkant-Geometrie aufweist.
Linearaktuator (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrkantstift ein kugelförmig abgerundetes, dem Kopplungselement (118) zugewandtes Ende (154) aufweist.
Linearaktuator (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (142) des Kopplungselements (118) auf ihren Mehrkantseitenflächen (146) in axialer Richtung ein gotisches Profil und an ihrem axial der Gegenkontur (120) abgewandten Ende (150) eine konkave Fläche aufweist.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (118) im Bereich des Übergangs (144) zwischen der Ausnehmung (142) und einer der Gegenkontur (120) zugewandten Fläche (140) abgerundete Kanten aufweist.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrkantseitenflächen (146) der Ausnehmung (142) des Kopplungselements (118) mit der Längsachse des Kopplungselements (118) einen Winkel zwischen 0,5° und 3° einschließen.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mehrkantstift um einen Sechskantstift handelt.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rotor (108) um einen Hohlrotor handelt innerhalb dessen die Spindel (112) angeordnet ist, wobei das Kopplungselement (118) drehfest mit dem Hohlrotor verbunden ist.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Mehrkantseitenflächen (146) der Ausnehmung des Kopplungselement (118) Ausbuchtungen (148) vorgesehen sind, die die Ausnehmung (142) in radialer Richtung des Kopplungselements (118) erweitern.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontur (120) einteilig mit der Spindel (112) ausgeführt ist.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (118) und die Gegenkontur (120) aus einem Metall bestehen.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontur (120) eine Rückhaltevorrichtung (126) aufweist, wobei die Rückhaltevorrichtung (126) so in den Rotor (108) oder ein mit dem Rotor (108) drehfest verbundenes Element eingreift, dass die Gegenkontur (120) gegen eine axiale Verschiebung von dem Kopplungselement (118) weg gesichert ist.
Linearaktuator (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltevorrichtung (126) eine an der Gegenkontur (120) angeordnete erste Scheibe (136) aufweist, an der sich die Gegenkontur (120) in axialer Richtung abstützt, und eine zweite Scheibe (128) aufweist, die sich in axialer Richtung an dem Rotor (108) oder einem mit dem Rotor (108) drehfest verbundenen Element abstützt, wobei zwischen der ersten Scheibe (136) und der zweiten Scheibe (128) ein Dämpfungselement (138) angeordnet ist.
Linearaktuator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass es sich bei dem Dämpfungselement (138) um ein ringförmiges Elastomer handelt.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Rotations-Translationsgetriebe (104) um einen Kugelgewindetrieb handelt.
Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (118) und/oder die Gegenkontur (120) wenigstens abschnittsweise rotationssymmetrisch sind.
Bremsanlage mit wenigstens einer Radbremse, einem Hydraulikzylinder und einem Linearaktuator (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hydraulikzylinder zur Aufnahme einer Flüssigkeit ausgebildet und mit der Radbremse hydraulisch verbunden ist, wobei dem Hydraulikzylinder ein Kolben zugeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, bei Verschiebung innerhalb des Hydraulikzylinder eine in dem Hydraulikzylinder befindliche Flüssigkeit aus dem Hydraulikzylinder in Richtung der Radbremse zu verdrängen, wobei der Kolben an der Spindelmutter (114) des Linearaktuators (100) angeordnet ist.