DE102019119339A1 - Linear actuator and method of operating a linear actuator - Google Patents
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Abstract
Ein linearer Stellantrieb umfasst ein als Rotativ-Linear-Getriebe (2) ausgebildetes Stellgetriebe, einen zu dessen Betätigung vorgesehenen Stellmotor (3), sowie ein erstes, dem Stellmotor (3) zugeordnetes Messsystem (4), welches Änderungen der Winkellage des Rotors des Stellmotors (3) erfasst, sowie ein zweites Messsystem (5, 11), welches zur Detektion mehrerer Referenzpositionen eines Abtriebselementes (10) des Rotativ-Linear-Getriebes (2) ausgebildet ist, wobei mindestens eine der Referenzpositionen keine Endlage des Abtriebselementes ist, und wobei eine mit beiden Messsystemen (4; 5, 11) verknüpfte Steuerung (6) zur Einstellung des ersten Messsystems (4) vorgesehen ist.A linear actuator comprises an actuator designed as a rotary-linear gear (2), a servomotor (3) provided for its actuation, and a first measuring system (4) assigned to the servomotor (3), which changes the angular position of the servomotor's rotor (3), as well as a second measuring system (5, 11) which is designed to detect multiple reference positions of an output element (10) of the rotary-linear transmission (2), at least one of the reference positions not being an end position of the output element, and where a control (6) linked to both measuring systems (4; 5, 11) is provided for setting the first measuring system (4).
Description
Die Erfindung betrifft einen insbesondere elektromotorisch angetriebenen linearen Stellantrieb sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Stellantriebs.The invention relates to a linear actuator driven in particular by an electric motor and to a method for operating such an actuator.
Lineare, elektromotorisch betätigte Stellantriebe sind sowohl in industriellen Anwendungen als auch in Kraftfahrzeugen, beispielsweise zur Betätigung von Feststellbremsen oder als Komponenten verstellbarer Fahrwerke, gängig. Beispiele linearer Stellantriebe, die Messsysteme umfassen, sind in den Dokumenten
Getriebe, die eine Rotation in eine lineare Stellbewegung umsetzen, können entweder schlupffrei oder schlupfbehaftet ausgeführt sein. Ein einfaches Bewegungsgewinde, beispielsweise in Form eines Trapezgewindes, stellt ein schlupffreies Rotativ-Linear-Getriebe dar. Dies bedeutet, dass eine definierte Änderung der Winkellage des antreibenden Elementes, insbesondere einer Gewindestange, in einen definierten Vorschub des angetriebenen Elementes, in diesem Fall einer Mutter, umgesetzt wird. Ein solcher fester Zusammenhang zwischen der Position eines antreibenden Elementes und der Position eines angetriebenen Elementes ist auch bei einem Kugelgewindetrieb gegeben. Der Aufbau eines Kugelgewindetriebs ist zum Beispiel in der
Eine weitere mögliche Bauform eines Rotativ-Linear-Getriebes stellt ein Planetenwälzgewindetrieb dar. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die Dokumente
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom genannten Stand der Technik messtechnische Verbesserungen bei Stellantrieben mit Rotativ-Linear-Getriebe zu erzielen.The invention is based on the object of achieving metrological improvements in actuating drives with rotary-linear gears on the basis of the prior art mentioned.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen linearen Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines linearen Stellantriebs gemäß Anspruch 6. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Stellantrieb, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a linear actuator with the features of claim 1. The object is also achieved by a method for operating a linear actuator according to
Der Stellantrieb umfasst ein als Rotativ-Linear-Getriebe ausgebildetes Stellgetriebe, einen zu dessen Betätigung vorgesehenen Stellmotor, sowie ein erstes, dem Stellmotor zugeordnetes Messsystem, welches direkt oder indirekt Änderungen der Winkellage des Rotors des Stellmotors erfasst. Weiter umfasst der Stellantrieb ein zweites Messsystem, welches zur Detektion mehrerer Referenzpositionen eines linear beweglichen Abtriebselementes des Rotativ-Linear-Getriebes ausgebildet ist, wobei mindestens eine der Referenzpositionen keine Endlage, das heißt keine Anschlagsposition, des Abtriebselementes ist, und wobei eine mit beiden Messsystemen verknüpfte Steuerung zur Einstellung des ersten Messsystems vorgesehen ist. Die Einstellung betrifft mindestens einen Parameter des ersten Messsystems, insbesondere einen Parameter, der mit dem Schlupf des Rotativ-Linear-Getriebes in Zusammenhang steht. The actuating drive comprises an actuating gear designed as a rotary-linear gear, a servomotor provided for its actuation, and a first measuring system assigned to the servomotor, which directly or indirectly detects changes in the angular position of the rotor of the servomotor. The actuator further comprises a second measuring system which is designed to detect multiple reference positions of a linearly movable output element of the rotary-linear transmission, at least one of the reference positions not being an end position, i.e. not a stop position, of the output element, and one being linked to both measuring systems Control for setting the first measuring system is provided. The setting relates to at least one parameter of the first measuring system, in particular a parameter that is related to the slip of the rotary / linear transmission.
Die beiden datentechnisch miteinander verknüpften Messsysteme ermöglichen einen geregelten Betrieb des Stellantriebs, das heißt die Ausführung geregelter Bewegungen des Abtriebselementes des Rotativ-Linear-Getriebes.The two measuring systems linked with one another in terms of data technology enable regulated operation of the actuator, that is, the execution of regulated movements of the output element of the rotary-linear transmission.
Bei dem Stellmotor handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor. Hierbei kann der Rotor des Stellmotors drehfest mit einem eingangsseitigen Element des Stellgetriebes verbunden sein. Alternativ ist zwischen den Stellmotor und das Stellgetriebe ein weiteres Getriebe, beispielsweise in Form eines Zahnradgetriebes oder eines Umschlingungsgetriebes, wie Riemengetriebes, geschaltet. Das Stellgetriebe, das heißt Rotativ-Linear-Getriebe, ist vorzugsweise als Planetenwälzgewindetrieb ausgebildet. Für den gesamten linearen Stellantrieb wird auch die Bezeichnung Linearachse verwendet.The servomotor is preferably an electric motor. Here, the rotor of the servomotor can be connected non-rotatably to an element of the actuating gear on the input side. Alternatively, a further gear, for example in the form of a gear drive or a belt drive, such as a belt drive, is connected between the servomotor and the servo gear. The actuating gear, that is to say rotary-linear gear, is preferably designed as a planetary roller screw drive. The term linear axis is also used for the entire linear actuator.
Im Vergleich zum ersten Messsystem, welche in typischen Ausgestaltungen der Linearachse keine Absolutwerte ausgibt, hat das zweite Messsystem, welches aufgrund der Erfassung verschiedener Referenzpositionen definitionsgemäß ein absolutes Messsystem darstellt, eine wesentlich weniger feine Auflösung. Beispielsweise ist das erste Messsystem zur Erfassung von mindestens 18 verschiedenen Positionen des Rotors des Stellmotors in der Lage, wenn das Abtriebselement des Rotativ-Linear-Getriebes von einer Referenzposition zur nächsten Referenzposition verstellt wird.Compared to the first measuring system, which in typical configurations of the linear axis does not output any absolute values, the second measuring system, which by definition represents an absolute measuring system due to the detection of different reference positions, has a significantly less fine resolution. For example, the first measuring system is able to detect at least 18 different positions of the rotor of the servomotor when the output element of the rotary-linear Gear unit is adjusted from one reference position to the next reference position.
Komponenten, mit welchen das erfindungsgemäße Verfahren betreibbar ist, sind gemäß Anspruch 6 ein nicht schlupffreies Stellgetriebes, ein das Stellgetriebe betätigender Stellmotor, sowie zwei Messsysteme, nämlich ein erstes Messsystems, welches als inkrementelles Messsystem Änderungen der Stellung eines Ausgangselementes des Stellmotors erfasst, sowie ein zweites, Referenzpositionen eines Ausgangselementes des Stellgetriebes erfassendes Messsystem.Components with which the method according to the invention can be operated are, according to
Im Rahmen des Verfahrens fährt das Ausgangselement des Stellgetriebes eine Referenzposition an, was mit Hilfe des zweiten Messsystems detektiert wird. Im weiteren Verlauf wird das Ausgangselement über die Referenzposition hinaus verstellt, wobei die Veränderung der Position des Ausgangselementes des Stellgetriebes rechnerisch auf Basis der durch das erste Messsystem erfassten Positionsänderungen des Ausgangselementes des Stellmotors unter Berücksichtigung eines angenommenen Schlupfes des Stellgetriebes ermittelt wird.As part of the method, the output element of the actuating gear moves to a reference position, which is detected with the aid of the second measuring system. In the further course, the output element is adjusted beyond the reference position, the change in the position of the output element of the actuating gear being determined computationally on the basis of the position changes of the output element of the servomotor detected by the first measuring system, taking into account an assumed slip of the actuating gear.
In typischer Verfahrensführung wird das Ausgangselement des Stellgetriebes mindestens bis zu einer weiteren Referenzposition verstellt, wobei dort ein Abgleich mit der rechnerisch auf Basis des ersten Messsystems ermittelten Position des Ausgangselementes vorgenommen wird, und wobei der im weiteren Verfahren anzunehmende Schlupf des Stellgetriebes auf Grundlage dieses Abgleichs korrigiert wird.In the typical procedure, the output element of the actuating gear is adjusted at least up to a further reference position, where a comparison is made with the position of the output element calculated on the basis of the first measuring system, and the slip of the actuating gear to be assumed in the further process is corrected on the basis of this comparison becomes.
Auf diese Weise wird das erste Messsystem während des Betriebs des linearen Stellantriebs sukzessive optimiert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung geht in die Prognose des Schlupfes des Lineargetriebes mindestens ein Betriebsparameter des Stellantriebs ein. Als Betriebsparameter sind beispielhaft Verfahrgeschwindigkeiten sowie während des Betriebs wirkende Kräfte zu nennen. Kräfte können hierbei entweder direkt oder indirekt, insbesondere über elektrische Größen des Stellantriebs, ermittelt werden.In this way, the first measuring system is successively optimized during the operation of the linear actuator. According to an advantageous development, at least one operating parameter of the actuating drive is included in the forecast of the slip of the linear gear. The operating parameters include travel speeds and forces acting during operation. Forces can be determined either directly or indirectly, in particular via electrical variables of the actuator.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
-
1 einen linearen Stellantrieb in schematisierter Übersichtsdarstellung.
-
1 a linear actuator in a schematic overview.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen
Zur Erfassung von Änderungen der Winkellage des Rotors des Elektromotors
In das mit 9 bezeichnete Gewinde der Gewindespindel
Jeder Planet
An der Außenumfangsfläche der Spindelmutter
Im Ausführungsbeispiel arbeitet das zweite Messsystem
In jedem Fall stellt das zweite Messsystem
Beim Verfahren der Spindelmutter
Sobald die nächste Referenzposition erreicht ist, wird der auf Basis der erfassten Änderung der Winkellage der Gewindespindel
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Linearer Stellantrieb, LinearachseLinear actuator, linear axis
- 22
- Rotativ-Linear-Getriebe, PlanetenwälzgewindetriebRotary-linear gear, planetary screw drive
- 33
- Elektromotor, StellmotorElectric motor, servomotor
- 44th
- erstes Messsystem, Encoderfirst measuring system, encoder
- 55
- Initiator, SensorInitiator, sensor
- 66th
- Steuerungcontrol
- 77th
- Leitungmanagement
- 88th
- GewindespindelThreaded spindle
- 99
- Gewindethread
- 1010
- SpindelmutterSpindle nut
- 1111
- MarkierungselementMarking element
- 1212
- Planetplanet
- 1313
- SeitenabschnittSide section
- 1414th
- MittelabschnittMiddle section
- 1515th
- Profilierung des SeitenabschnittsProfiling the side section
- 1616
- Profilierung der SpindelmutterProfiling of the spindle nut
- 1717th
- Profilierung des MittelabschnittsProfiling the middle section
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102015204071 B4 [0002]DE 102015204071 B4 [0002]
- DE 102015204073 B4 [0002]DE 102015204073 B4 [0002]
- DE 102015204074 B4 [0002]DE 102015204074 B4 [0002]
- DE 102017108896 A1 [0003]DE 102017108896 A1 [0003]
- DE 102011088995 A1 [0004]DE 102011088995 A1 [0004]
- EP 2607750 B1 [0004]EP 2607750 B1 [0004]
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Cited By (2)
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DE102022121854A1 (en) | 2022-08-30 | 2024-02-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linear guide |
-
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- 2019-07-17 DE DE102019119339.7A patent/DE102019119339A1/en active Pending
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DE102021121736A1 (en) | 2021-08-23 | 2023-02-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Set of components for assembling pitch-true planetary roller gears |
WO2023025343A1 (en) | 2021-08-23 | 2023-03-02 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Set of components for the assembly of true-pitch rolling-contact planetary transmissions |
DE102021121736B4 (en) | 2021-08-23 | 2023-06-07 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Set of components for assembling pitch-true planetary roller gears |
DE102022121854A1 (en) | 2022-08-30 | 2024-02-29 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Linear guide |
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