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Die Erfindung betrifft einen Kompakter Stellantrieb in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derzeit finden Stellantriebe beziehungsweise Aktoren vermehrt Einsatz in der Automobiltechnik, sowie Industrie und Haushaltstechnik. Stellantriebe sind typischerweise charakterisiert durch folgende Komponenten: Elektromotor, Elektronik zur Ansteuerung des Elektromotors und ein Untersetzungsgetriebe. Jede Komponente für sich, sowie die Gesamtanordnung aller Komponenten zu einem Antrieb führt je nach Ausgestaltung zu einem Bauraumbedarf beziehungsweise wird nach Verfügbarkeit des Bauraums dediziert gestaltet.
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Insbesondere in der Automobiltechnik spielt die Kompaktheit eines Antriebs eine entscheidende Rolle und kann ausschlaggebend sein für den Produkterfolg. Bei einem Facelift beziehungsweise bei Modelpflege von Fahrzeugplattformen und damit verbundenem Wettbewerb, steht die Kompaktheit der Produkte ebenfalls im Vordergrund.
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Die Ausführung der einzelnen Komponenten ist durch interne Technologie-Verfügbarkeit und Portfolio beschränkt, sodass die Funktion „Stellantrieb“ mit unterschiedlichen „Sub-Technologien“ gelöst wird. Bezogen auf die Getriebe-Topologie sind in der Regel Stirnrad- oder Planeten- oder Zykloidgetriebe in Anwendung. Meist werden jedoch Stirnradgetriebe wegen ihrer Einfachheit eingesetzt.
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Oft sind Stellantriebe in Ihrem Verstellwinkel auf einen Bereich begrenzt, das heißt., die Rotationsbewegung der Abtriebswelle ist zum Beispiel auf 45 ° eingeschränkt. Dies erlaubt die Ausführung des Abtriebszahnrads im Falle von Stirnradgetrieben als Segment. Bei der Auslegung der Verzahnung als klassische Aussenverzahnung, wird eine mögliche Getriebeuntersetzung durch den vorgegebenen Achsabstand zweier Zahnräder eingeschränkt.
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Auch ist bei Zahnrädern mit Segment-Aussenverzahnung die Limitierung der Bewegung nicht uneingeschränkt abbildbar, das heißt, bei der Montage, Kalibrierung beziehungsweise im Betrieb können Fehlfunktion auftreten, insbesondere kann das Segmentzahnradrad den Eingriff mit dem treibenden Zahnrad verlieren.
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Bei mehrstufigen Getrieben, angeordnet auf der selben Drehachse, wirkt sich die ausschließliche Verwendung von Aussenverzahnung negativ auf die vorangehende Zahnradstufe aus, da die geringere mögliche Untersetzung der nächsten Stufe, ein signifikant größeres Zahnrad in der ersten Stufe erfordert, um die Gesamtuntersetzung konstant zu halten, beziehungsweise die Gesamtuntersetzung wäre im gegebenen Bauraum limitiert.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Stellantrieb in einem Fahrzeug, insbesondere in Bezug auf verringerten Bauraum zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbezogenen Ansprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stellantrieb mit mindestens zwei Getriebestufen ist das Abtriebszahnrad als Innenzahnrad ausgeführt, wobei die Innenverzahnung des Abtriebszahnrads mit der Außenverzahnung des Eingangszahnrads der letzten Untersetzungsgetriebestufe zusammenwirkt. Insbesondere ist das Abtriebszahnrad als Segmentzahnrad ausgeführt ist. Dies führt insbesondere zu einer Beschränkung des Stellwinkels des Abtriebszahnrads.
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Durch die Wahl des Abtriebzahnrads als innenverzahnt, kann insbesondere der Abwälzkreis der letzten Getriebestufe und somit die Untersetzung in dieser Stufe signifikant erhöht werden. Auch kann bei dieser Anordnung des Untersetzungsgetriebes der Achsabstand von Antriebsmotor und Getriebe bei gleichbleibender Gesamtuntersetzung reduziert werden, was sich in der ersten Getriebestufe vorteilhaft auf den Durchmesser des vollen Zahnrads auswirkt.
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In einer Ausführungsform ist der Stellwinkel des Abtriebszahnrads auf maximal 120° beschränkt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Stellwinkel des Abtriebszahnrads auf maximal 60° beschränkt. Es wären aber auch, je nach Anwendung des Stellantriebs kleinere Obergrenzen für den Stellwinkel denkbar.
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In einer weiteren Ausführung ist der elektrischer Antriebsmotor und das Untersetzungsgetriebe mit den Untersetzungsgetriebestufen in einem gemeinsamen Stellantriebsgehäuse angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere eine kompakte Integration der Getriebekompenenten und des Antriebsmotors in dem Stellantriebsgehäuse.
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Vorteilhafterweise kann der kompakte Stellantrieb als Stellantrieb in einem Park-By-Wire- oder Shift-By-Wire-Modul eines Fahrzeugs verwendet werden.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 einen Stellantrieb mit zwei Untersetzungsgetriebestufen,
- 2 eine Teilansicht eines Stellantrieb mit einem Gehäuseteil.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines kompakten Stellantriebs 1 in einem Fahrzeug mit einer Welle 2 eines elektrischen Antriebsmotors und einem Untersetzungsgetriebe mit zwei Stirnradgetriebestufen 3, 4, 5, 6, 7, 8, wobei hier der Übersichtlichkeit halber der elektrische Antriebsmotor nicht dargestellt ist. Anstelle von Stirnrädern könnten zum Beispiel auch Kegelräder zur Anwendung kommen. Bei diesem kompakten Stellantrieb 1 ist die Welle 2 des elektrischen Antriebsmotors parallel zur Getriebewelle 9 des Untersetzungsgetriebes angeordnet.
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An der Welle 2 ist beispielhaft ein Lager 10, hier als Kugellager ausgeführt, gezeigt. Es versteht sich von selbst, dass auch die Getriebewelle, in nicht gezeigter Weise, gelagert ist.
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Die erste Untersetzungsgetriebestufe wird durch das Eingangszahnrad 6 und das Ausgangszahnrad 7 gebildet. Das Eingangszahnrad 6 ist fest mit der Welle 2 eines Antriebsmotors verbunden.
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Die zweite und hier letzte Untersetzungsgetriebestufe wird durch das Eingangszahnrad 8 und das Abtriebszahnrad 5 gebildet. Das Abtriebszahnrad 5 ist als Innenzahnrad ausgeführt. Die Innenverzahnung des Abtriebszahnrads 5 wirkt mit der Außenverzahnung des Eingangszahnrads 8 der letzten Untersetzungsgetriebestufe 4 zusammen. Dadurch, dass das Abtriebszahnrad 5 als Segmentzahnrad ausgeführt ist, ist sein Stellwinkel beschränkt.
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Je nach Anwendung des Stellantriebs kann der Stellwinkel des Abtriebszahnrads 5 bei maximal 60° oder auch bei maximal 120° liegen. Bei weiteren Anwendungen kann der maximale Stellwinkel auch davon abweichen.
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Durch die Ausführung des Abtriebszahnrads 5 als Innenzahnrad kann der Abwälzkreis der letzten, hier zweiten, Getriebestufe 4 und somit die Untersetzung in dieser Stufe außerordentlich erhöht werden. Ebenso kann bei dieser Ausführung des Untersetzungsgetriebes der Abstand zwischen der Welle 2 des Antriebsmotors und der Getriebewelle 9 bei gleichbleibender Gesamtuntersetzung verringert werden, was zu einer erheblichen Reduzierung des Bauraums des Stellantriebs führt.
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2 zeigt eine Teilansicht eines Stellantrieb 1 mit den Zahnrädern 5, 6, 7 und einem Teil Stellantriebsgehäuses 11.
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Der kompakte Stellantrieb 1 mit seinem Stellantriebsgehäuse 11 kann als Stellantrieb in einem Park-By-Wire- oder Shift-By-Wire-Modul eines Fahrzeugs verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellantrieb
- 2
- Welle des elektrischen Antriebsmotors
- 3
- Erste Untersetzungsgetriebestufe
- 4
- Zweite, letzte Untersetzungsgetriebestufe
- 5
- Abtriebszahnrad
- 6
- Eingangszahnrad der ersten Untersetzungsgetriebestufe
- 7
- Ausgangszahnrad der ersten Untersetzungsgetriebestufe
- 8
- Eingangszahnrad der weiten, letzten Untersetzungsgetriebestufe
- 9
- Getriebewelle
- 10
- Lager
- 11
- Stellantriebsgehäuse
