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Die Erfindung betrifft eine Spindelmutter-Antriebsbaugruppe für einen Kupplungsaktuator, mit einem Antriebselement und einer Spindelmutter, die drehfest mit dem Antriebselement verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiter einen Kupplungsaktuator mit einem Gehäuse, einem Antriebsmotor und einer solchen Spindelmutter-Antriebsbaugru ppe.
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Der Kupplungsaktuator dient dazu, eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu betätigen, insbesondere eines Lkws. Hierfür wird die Spindel mit einem Ausrückhebel der Kupplung gekoppelt, sodass die gewünschte Ausrückkraft über den nötigen Ausrückhub aufgebracht werden kann.
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Der Ausrückhub wird dabei dadurch erzeugt, dass die Spindelmutter im Gehäuse mittels des Antriebsmotors gedreht wird, während die Spindel in Umfangsrichtung feststehend ist. Hierdurch wird die Spindel in axialer Richtung abhängig von der Drehrichtung der Spindelmutter verstellt.
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Das Ende der Spindel, an dem der Ausrückhebel der Kupplung angreift, ist vorzugsweise im Gehäuse des Kupplungsaktuators geführt. Das andere Ende der Spindel wird in der Lagerung des Elektromotors geführt. Würde man die beiden Führungen nicht voneinander entkoppeln, würde ein überbestimmtes System entstehen. Je nach Toleranzlage würde die Spindel mehr oder weniger Querkräften ausgesetzt, was zusätzliche Reibkräfte und unnötige Querbelastung zur Folge hätte und im schlimmsten Fall vorzeitigen Ausfall der Spindel bedeuten könnte.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin zu gewährleisten, dass die Reibung zwischen Spindel und Spindelmutter auch dann auf einem niedrigen Niveau bleibt, wenn durch ungünstige Toleranzlagen die Achsen der beiden Führungen der Spindel ungünstig zueinander stehen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Spindelmutter-Antriebsbaugruppe der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Antriebselement eine Aufnahme für die Spindelmutter aufweist, in der die Spindelmutter so schwenkbar aufgenommen ist, dass ihre Mittelachse relativ zur Mittelachse des Antriebselements ausgelenkt werden kann. Bei einem Kupplungsaktuator der eingangs genannten Art ist vorgesehen, dass diese Spindelmutter drehbar, aber axial feststehend im Gehäuse aufgenommen ist.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, der Spindelmutter diejenigen Freiheitsgrade zu geben, die erforderlich sind, um einer eventuellen Verformung oder Auslenkung der Spindel zu folgen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Mittelachse der Spindelmutter zumindest im Bereich der Spindelmutter mit der Mittelachse der Spindel zusammenfällt. Somit kann sich die Spindel nicht in der Spindelmutter verklemmen, sodass die Leichtgängigkeit jederzeit gewährleistet ist. Dementsprechend ergeben sich eine geringe Reibung und eine hohe Lebensdauer.
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Vorzugsweise ist die Aufnahme allgemein zylindrisch ausgeführt, wobei sie mindestens an ihren axialen Enden einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser der Spindel. Hierdurch ist der nötige Bewegungsspielraum der Spindel innerhalb der Aufnahme gewährleistet.
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Die Spindelmutter kann zwei axiale Stirnflächen aufweisen, die als Kugelzonen ausgeführt sind, die einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt haben. Durch die beiden Kugelzonen kann die Spindelmutter nach Art der Kugel eines Kugelgelenks innerhalb der Aufnahme verschwenkt werden. Hierdurch ergibt sich auch im ausgelenkten Zustand eine konstante Flächenpressung.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufnahme einen Boden und einen Deckel aufweist, die mit komplementären Anlageflächen für die Stirnflächen der Spindelmutter versehen sind. Die Spindelmutter ist dadurch in axialer Richtung zwischen dem Boden und dem Deckel eingespannt, sodass nötigenfalls auch Zugkräfte auf die Spindel übertragen werden können. Gleichzeitig ist weiterhin gewährleistet, dass die Spindelmutter innerhalb der Aufnahme verschwenkt werden kann.
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Der Deckel kann ein Abstützring sein, der mittels eines Spannrings an der Aufnahme montiert ist. Der Abstützring hat eine große Kontaktfläche mit der Spindelmutter, sodass sich eine niedrige Flächenpressung und dementsprechend ein niedriger Verschleiß ergeben. Der Spannring ermöglicht es, den Abstützring elastisch gegen die Spindelmutter zu beaufschlagen, sodass diese in axialer Richtung spielfrei ist.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Deckel durch Federlaschen eines Spannrings gebildet ist. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine weitere Verringerung der Anzahl der Bauteile, während die Spindelmutter gleichzeitig weiterhin in axialer Richtung vorgespannt und spielfrei in der Aufnahme aufgenommen ist.
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Der Spannring kann Rastlaschen aufweisen, die in eine Nut auf der Außenwand der Aufnahme eingreifen. Mit den automatisch einschnappenden Rastlaschen kann der Spannring sehr einfach montiert werden.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahme mindestens einen Schlitz auf, in den ein Mitnehmerzapfen eingreift, der an der Spindelmutter vorgesehen ist. Der Mitnehmerzapfen dient dazu, die Spindelmutter in Umfangsrichtung mit der Aufnahme und damit mit dem Antriebselement zu koppeln, sodass die Spindelmutter vom Antriebselement mitgenommen wird.
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Das Antriebselement kann eine Rotorwelle eines Antriebsmotors sein, wobei die Antriebswelle insbesondere einstückig mit der Rotorwelle ausgeführt sein kann. Diese Ausgestaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn kein Untersetzungsgetriebe zwischen dem Antriebsmotor und der Spindelmutter erforderlich ist. Dementsprechend ergibt sich eine sehr kompakte Konstruktion mit einem sehr hohen Wirkungsgrad.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- - 1 in einem schematischen Schnitt einen erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator;
- - 2 in vergrößertem Maßstab eine Spindelmutter-Antriebsbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform, die beim Kupplungs-Aktuator von 1 verwendet werden kann;
- - 3 die Ansicht von 2, wobei eine Hilfslinie zur Erläuterung ergänzt ist;
- - 4 in einer perspektivischen Ansicht die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 2;
- - 5 die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 4 in vergrößertem Maßstab;
- - 6 eine weitere Ansicht der Spindel sowie der Spindelmutter und der Aufnahme der Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 5;
- - 7 die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform in einer geschnittenen Perspektivansicht;
- - 8 in vergrößertem Maßstab eine Spindelmutter-Antriebsbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform, die beim Kupplungs-Aktuator von 1 verwendet werden kann;
- - 9 die Ansicht von 8, wobei eine Hilfslinie zur Erläuterung ergänzt ist;
- - 10 in einer perspektivischen Ansicht die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 8;
- - 11 die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 10 in vergrößertem Maßstab;
- - 12 eine weitere Ansicht der Spindel sowie der Spindelmutter und der Aufnahme der Spindelmutter-Antriebsbaugruppe von 11; und
- - 13 die Spindelmutter-Antriebsbaugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform in einer geschnittenen Perspektivansicht
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In 1 ist ein Kupplungsaktuator 1 gezeigt, der dazu dient, eine Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auszurücken bzw. einzurücken. Die Kupplung selbst ist hier nicht gezeigt; zu sehen ist lediglich ein Ausrückhebel 2.
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Am Ausrückhebel 2 greift ein Stößel an, dessen vom Ausrückhebel 2 abgewandtes Ende sich in einem Führungsbauteil 4 abstützt. Das Führungsbauteil 4 ist verschiebbar in einem Gehäuse 5 des Kupplungsaktuators 1 aufgenommen. Auf der vom Stößel 3 abgewandten Seite des Führungsbauteils 4 stützt sich eine Spindel 6 ab, die mit einem Außengewinde versehen ist. Das Außengewinde der Spindel 6 greift in eine Spindelmutter 7 ein, die drehfest mit einem Antriebselement 8 gekoppelt ist. Das Antriebselement 8 ist bei der gezeigten Ausführungsform eine Rotorwelle eines Antriebsmotors 9, der hier ein Elektromotor ist.
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Das Antriebselement 8 ist mittels zweier Wälzlager 10 drehbar, aber in axialer Richtung feststehend innerhalb des Gehäuses 5 aufgenommen.
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Der dargestellte Zustand entspricht einer ausgekuppelten Kupplung. Um die Kupplung einzukuppeln, wird die Spindel 6 relativ zum Gehäuse 5 nach rechts verstellt. Hierzu wird die Spindelmutter 7 in der entsprechenden Richtung gedreht.
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Für ein besseres Verständnis ist in 1 das linke Ende der Spindel 6 in einem kleinen Abstand vom Boden der Ausnehmung des Führungsbauteils 4 gezeigt, in der das linke Ende der Spindel 6 aufgenommen ist. Tatsächlich liegt die Spindel 6 im ausgekuppelten Zustand am Boden der Ausnehmung des Führungsbauteils an.
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Der Ausrückhebel 2 führt, wenn er betätigt wird, eine Schwenkbewegung aus. Dementsprechend bewegt sich die Berührstelle zwischen dem Ausrückhebel 2 und dem Stößel 3 auf einer Kreisbahn, sodass während eines Betätigungshubs der Stößel 3 gegenüber der in 1 gezeigten Ausrichtung verschwenkt wird. Folglich werden in einem verschwenkten Zustand, wenn sich der Stößel 3 nicht auf der Mittelachse der Spindel 6 befindet, Querkräfte auf das Führungsbauteil 4 ausgeübt, die trotz der Abstützung des Führungsbauteils im Gehäuse 5 dazu führen können, dass Querlasten auf die Spindel 6 ausgeübt werden. Außerdem besteht das Risiko, dass bei ungünstigen Toleranzlagen die Mittelachse der Spindelmutter 7 und der Mittelpunkt des Führungsbauteils 4 nicht zusammenfallen.
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Um zu verhindern, dass sich die Spindel 6 dann in der Spindelmutter 7 verklemmt oder es dort zu erhöhten Reibungen kommt, ist, allgemein ausgedrückt, die Spindelmutter 7 schwenkbar am Antriebselement 8 angebracht.
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Die Details der Anbringung der Spindelmutter 7 im Antriebselement 8 werden nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 7 für eine erste Ausführungsform erläutert.
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Das Antriebselement 8 weist an seinem dem Führungsbauteil 4 zugewandten Ende eine Aufnahme 12 für die Spindelmutter 7 auf (siehe insbesondere 6). Die Aufnahme 12 weist eine Innenöffnung 14 auf, in die die Spindelmutter 7 eingesetzt ist. Der Innendurchmesser der Innenöffnung 14 ist dabei geringfügig größer als der Außendurchmesser der Spindelmutter 7.
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Die Aufnahme 12 weist zwei einander diametral gegenüberliebende Schlitze 16 auf, die sich in axialer Richtung über etwas mehr als die halbe Länge der Aufnahme 12 erstrecken.
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In jeden der Schlitze 16 greift einer von zwei Mitnehmerzapfen 18 ein, die einander diametral gegenüberliebend und sich in radialer Richtung erstreckend an der Spindelmutter 7 vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Mitnehmerzapfen 18 einstückig mit der Spindelmutter 7 ausgeführt.
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Der Durchmesser der Mitnehmerzapfen 18 entspricht der Breite der Schlitze 16, sodass die Spindelmutter 7 in Umfangsrichtung drehfest und (zumindest im Wesentlichen) spielfrei mit dem Antriebselement 8 gekoppelt ist.
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Die Aufnahme 12 weist einen Boden 20 auf, der auf der Seite des Antriebsmotors angeordnet ist, sowie einen Deckel 22, der an dem dem Stößel 3 zugewandten Ende der Aufnahme 12 angeordnet ist. Die Spindelmutter 7 ist zwischen dem Boden 20 und dem Deckel 22 aufgenommen (siehe beispielsweise 2).
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Die Spindelmutter weist zwei axiale Stirnflächen 24 auf, die hier als Kugelzonen ausgeführt sind. Es handelt sich also um die Flächen von zwei (virtuellen) Kugelscheiben einer Kugel, deren Position im Schnitt in 3 mit der strichpunktierten Linie K gezeigt ist. Die beiden Stirnflächen haben also einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt, nämlich den Mittelpunkt der Kugel K.
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Der Boden 20 und der Deckel 22 haben Anlagenflächen 26, die mit den Stirnflächen 24 der Spindelmutter zusammenwirken und komplementär zu den Stirnflächen 24 ausgeführt sind. Dementsprechend ist die Spindelmutter 7 ähnlich wie die Kugel eines Kugelgelenks zwischen dem Boden 20 und dem Deckel 22 schwenkbar geführt.
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Betrachtet man 2 und stellt sich vor, dass das linke Ende der Spindel 6, bezogen auf die dortige Darstellung, nach oben oder unten verschwenkt wird, ist zu sehen, dass die Spindelmutter 7 um eine Achse kippt, die hier senkrecht zur Zeichenebene steht und durch den Mittelpunkt der Kugel K verläuft. Bei einer Schwenkbewegung werden also die Mitnehmerzapfen 18 geringfügig im Schlitz 16 verschoben.
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Betrachtet man einen Zustand, in welchem das Antriebselement 8 zusammen mit der Spindelmutter 7 um 90° gedreht ist (wodurch also die Mitnehmerzapfen 18 aus der Zeichenebene herausragen bzw. in sie hineinragen), würde die Spindelmutter 7, wenn das dem Stößel 3 zugewandte Ende der Spindel 6 nach oben oder unten verlagert wird, um die Achse kippen, die durch die beiden Mitnehmerzapfen 18 definiert ist.
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Betrachtet man einen Zwischenzustand der Spindelmutter 7, in der die Mitnehmerzapfen 18 weder parallel zur Zeichenebene noch senkrecht zu dieser angeordnet sind, führt eine Bewegung des freien Endes der Spindel 6 nach oben oder unten zu einer Kombination aus einer Kippbewegung um die von den Mitnehmerzapfen 18 definierte Achse sowie eine Translation der Mitnehmerzapfen 18 in den Schlitzen 16.
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Der Deckel 22, der hier als Abstützring ausgeführt ist, ist an der Aufnahme 12 mittels eines Spannrings 28 gehalten (siehe insbesondere 5). Der Spannring 28 kann aus Blech bestehen und weist mehrere Federlaschen 30 auf, die auf der von der Spindelmutter 7 abgewandten Seite des Abstützrings 22 angreifen. Weiterhin weist der Spannring 28 mehrere Rastlaschen 32 auf, die in eine Nut 34 auf der Außenwand der Aufnahme 12 eingerastet sind, wenn der Spannring 28 an der Aufnahme montiert ist. In diesem Zustand ist der Abstützring 22 in axialer Richtung elastisch gegen die Spindelmutter 7 gedrückt, die wiederum elastisch gegen den Boden 20 beaufschlagt ist. Dadurch ist die Spindelmutter 7 in axialer Richtung spielfrei gehalten.
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In den 8 bis 13 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform kein separater Abstützring vorhanden ist, sondern der Deckel durch den Spannring 28 selbst gebildet ist, genauer gesagt durch die Federlaschen 30 des Spannrings. Diese liegen unmittelbar an der Stirnfläche 24 an, die sich auf der dem Stößel 3 zugewandten Seite der Spindelmutter 7 befindet.
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Die Federlaschen 30 sind so gebogen, dass sie einen möglichst großen Flächenkontakt mit der Stirnfläche 24 der Spindelmutter haben, sodass die Flächenpressung verringert ist.
