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Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere Verriegelungseinrichtungen, aufweisend einen Elektromotor und einen Antriebsstrang und ein mittels des Antriebsstrangs angetriebenes Stellelement, wobei in dem Antriebsstrang zumindest eine erste und eine zweite Getriebestufe vorgesehen ist.
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Stellantriebe werden dort eingesetzt, wo beispielsweise ein Verriegeln eines Fahrzeugteils notwendig ist. Genannt werden kann hier zum Beispiel eine Tankklappe, eine Abdeckung oder ein Ablagefach, wie auch beispielsweise eine Verriegelung für einen Ladestecker eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die Stellantriebe werden hierbei dazu eingesetzt, um zum Beispiel beim Verriegeln eines Kraftfahrzeugs die Tankklappe gegen einen unbefugten Zugriff zu sichern. Ein Ladestecker für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug wird zumeist in eine am Fahrzeug vorgesehene Ladesteckdose eingesteckt. Da beim Laden zum Teil hohe Ströme fließen und Spannungen vorliegen können, muss der Ladevorgang gesichert werden. Dazu werden Stellelemente eingesetzt, die den Ladestecker mit der Ladesteckdose sichern, wobei beispielsweise ein Stellantrieb an der Ladesteckdose angeordnet ist und das Stellelement als Verriegelungsstift derart mit dem Ladestecker in Verbindung gebracht wird, dass der Ladestecker während des Ladens nicht aus der Ladesteckdose entfernt werden kann. Vergleichbares gilt für eine Tankklappe, wobei wiederum ein Stellelement derart im Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass beim Verriegeln des Kraftfahrzeugs das Stellelement wiederum als Verriegelungsstift mit der Tankklappe in Eingriff bringbar ist, so dass bei einem verriegelten Fahrzeug die Tankklappe nicht geöffnet werden kann.
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Um nun den Anforderungen der Automobilhersteller gerecht zu werden, müssen diese Stellantriebe kompakt aufgebaut sein, eine hohe Funktionssicherheit aufweisen und darüber hinaus ein geringes Gewicht aufweisen.
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Um eine kompaktere Bauform eines Stellantriebs für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen bereitstellen zu können, ist aus der
DE 10 2017 125 819 A1 ein Stellantrieb mit einem Elektromotor und einem vom Elektromotor über einen Antriebsstrang mittelbar oder unmittelbar beaufschlagten Stellelement bekannt geworden, wobei im Antriebsstrang zumindest eine Evoluid-Verzahnung realisiert ist. Durch diesen Aufbau wird generell eine besonders kompakte Ausführungsform eines Stellantriebs zur Verfügung gestellt, wobei gleichzeitig das Gesamtgewicht des Stellantriebs verringert werden kann.
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Eine weitere kompakte Bauform eines Stellantriebs ist aus der
DE 10 2020 101 363 A1 bekannt geworden. Der Stellantrieb weist einen Elektromotor, ein über einen Antriebsstrang mittelbar oder unmittelbar beaufschlagbares Stellelement und ein auf einer Antriebswelle des Elektromotors mit einer Evoluid-Verzahnung ausgestattetes Antriebsrad auf, wobei der Antriebsstrang zumindest eine Kronenradstufe aufweist. Durch die Kombination der unterschiedlichen Getriebe ein kompakter Stellantrieb bereitgestellt werden, der gleichzeitig hohe Übersetzungsverhältnisse in einer Getriebestufe ermöglicht.
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Der bekannte Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, stößt aber dann an seine Grenzen, wenn betriebsbedingt unterschiedliche Kräfte im Stellantrieb zur Verfügung gestellt werden müssen, um die Funktionssicherheit des Stellantriebs gewährleisten zu können. Die Funktionssicherheit kann beispielsweise dann eingeschränkt sein, wenn es aufgrund einer Vereisung, zum Beispiel eines Ladesteckers, zu Spannungsspitzen beim Betrieb des Stellantriebs kommt, wobei ein Verriegelungsstift bzw. das Stellelement aus einer vereisten Position heraus verfahren werden soll. Hier setzt die Erfindung ein.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Stellantrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen zur Verfügung zu stellen, der im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik eine hohe Funktionssicherheit in allen Betriebssituationen liefern zu können.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Stellantrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen bereitzustellen. Dabei stellt sich insbesondere die Aufgabe, einen Stellantrieb bereitzustellen, der die Funktionssicherheit auch in Extremsituationen gewährleistet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind, es sind vielmehr beliebige Variationsmöglichkeiten der in der Beschreibung und den Unteransprüchen sowie den Figuren beschriebenen Merkmale möglich.
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Gemäß dem Patentanspruch 1 wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Stellantrieb für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen, insbesondere für Verriegelungseinrichtungen, bereitgestellt wird aufweisend einen Elektromotor, einen Antriebsstrang und ein mittels des Antriebsstrangs angetriebenes Stellelement, wobei in dem Antriebsstrang zumindest eine erste und eine zweite Getriebestufe vorgesehen ist und wobei mindestens eine Getriebestufe eine zumindest bereichsweise veränderliche Übersetzung aufweist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Stellantriebs ist nun die Möglichkeit geschaffen, mittels des Antriebsstrangs unterschiedliche Kräfte zum Bewegen des Stellelements bzw. Verriegelungselements zur Verfügung stellen zu können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn aufgrund von zum Beispiel einer Vereisung des Stellantriebs zum Verfahren des Stellelements größere Kräfte zur Verfügung gestellt werden müssen. So kann es beispielsweise vorkommen, dass der Stellantrieb zum Verriegeln eines Ladesteckers in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eingesetzt wird, wobei der Ladevorgang über Nacht und unter extremen Wetterbedingungen stattgefunden hat. Dabei kann auch ein Vereisen eines Eingriffsbereichs des Stellelements nicht immer vollumfänglich verhindert werden. Muss nun das Verriegelungselement bzw. Stellelement mit dem Ende des Ladevorgangs wieder in seine Ausgangslage zurückverfahren werden, so muss das Stellelement gegen die Vereisung bewegt werden. Dazu kann es notwendig sein, zum Eisbrechen, das Stellelement mit einer erhöhten Stellkraft bewegen zu müssen. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Getriebestufe mit veränderlicher Übersetzung kann ein Mittel zur Verfügung gestellt werden, um auch in Extremsituationen das Stellelement sicher in seine Funktionslagen bewegen zu können.
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Wie einleitend bereits aufgeführt, werden Stellantriebe dort eingesetzt, wo Stell- oder Verriegelungselemente im Kraftfahrzeug bewegt werden müssen. Genannt werden können hierbei Verriegelungen für Klappen, Abdeckungen, Verschlussfächer, Laderäume, aber eben auch Verriegelungen für Ladestecker in Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Die Stellantriebe zeichnen sich durch einen besonders kompakten Aufbau aus, so dass die Stellantriebe leicht und im Kraftfahrzeug zu platzieren bzw. in weitere Bestandteile des Kraftfahrzeugs zu implementieren sind.
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Die Stellantriebe weisen insgesamt zumindest einen elektrischen Antrieb in Form eines Elektromotors auf, und können somit über das im Kraftfahrzeug vorhandene Netzwerk mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus sind Elektromotoren als Kleinstantriebe äußerst kompakt aufgebaut und können in Kombination mit einer bzw. zwei oder mehr Getriebestufen schnelle Stellzeiten im Stellelement realisieren.
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Der Elektromotor wirkt mit einem Antriebsstrang zusammen, wobei auf der Abtriebswelle des Elektromotors beispielsweise ein Schneckenrad, ein Evoluid-Zahnrad oder ein Evolventenverzahntes Zahnrad angeordnet sein kann. Das auf der Abtriebswelle des Elektromotors angeordnete Getriebeelement bildet mit dem Abtriebsrad eine erste Getriebestufe, die mit zumindest einer weiteren Getriebestufe zusammenwirkt. Vorzugsweise und erfindungsgemäß ist die zweite oder eine weitere Getriebestufe mit einer veränderlichen Übersetzung ausgestattet. Wird über die erste Getriebestufe ein konstantes Drehmoment zur Verfügung gestellt, so kann mittels der zweiten bzw. weiteren Getriebestufe ein veränderliches Drehmoment zum Antreiben des Stellelements bereitgestellt werden. Je nach Anforderungen an das Stellelement, den zur Verfügung stehenden Bauraum für den Stellantrieb und/oder die geforderten Stellzeiten für das Stellelement kann es vorteilhaft sein, dass mehr als zwei Getriebestufen im Stellantrieb vorhanden sind. Zumindest eine Getriebestufe ist dabei zumindest bereichsweise mit einer veränderlichen Übersetzung ausgestattet. Bereichsweise bedeutet hier, dass durch die beispielsweise zweite Getriebestufe ein zum Teil konstantes Drehmoment übertragbar ist, aber zumindest in einem Teilbereich der Getriebestufe sich das Übersetzungsverhältnis in der Getriebestufe ändert. Somit kann ein unterschiedliches Moment bzw. eine unterschiedliche Kraft zum Bewegen des Stellelements zur Verfügung gestellt werden.
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Treibt die zweite Getriebestufe das Stellelement unmittelbar an, so wird eine vorteilhafte Ausführungsform des Stellantriebs zur Verfügung gestellt. Der Aufbau eines Antriebsstrangs aus einer ersten und einer zweiten Getriebestufe stellt einen kompakten Aufbau eines Stellantriebs dar. Einerseits kann über eine erste Getriebestufe mit einer hohen Übersetzung die hohe Drehzahl des Elektromotors derart übersetzt werden, dass ein günstiges Drehmoment für die zweite Getriebestufe zur Verfügung gestellt wird. Mittels der zweiten Getriebestufe kann dann unmittelbar das Stellelement angetrieben werden, wobei im zweiten Übersetzungsverhältnis dann ein veränderliches Drehmoment generierbar ist. Somit kann einerseits ein gleichmäßiges Stellen des Stellelements bereitgestellt werden und andererseits in den erforderlichen Bereichen des Stellwegs ein erhöhtes Drehmoment bzw. eine hohe Stellkraft bereitgestellt werden. Der Aufbau als zweistufiges Getriebe bietet somit einerseits den Vorteil eines kompakten und somit kostengünstigen Aufbaus bei gleichzeitiger Bereitstellung unterschiedlicher Drehmomente bzw. Stellkräfte.
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Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die zweite Getriebestufe als Unrund-Getriebestufe ausgebildet ist. Eine Unrund-Getriebestufe zeichnet sich dadurch aus, dass die Wälzgeometrie am Antriebsrad mit unterschiedlichen Wälzradien ausgebildet ist. Eine entsprechende Wälzgeometrie am Abtriebsrad ist dann auf den Wälzradius des Antriebsrads abgestimmt, so dass ein kontinuierliches Abwälzen zwischen Betriebsrad und Abtriebsrad gewährleistet werden kann. Durch die unterschiedlichen Wälzradien am Antriebsrad kann das zu generierende Drehmoment in der Unrund-Getriebestufe variiert werden. Hierbei ist die Unrund-Getriebestufe nicht auf die Ausbildung zweier ineinandergreifender Zahnräder beschränkt, sondern es kann auch das Antriebsrad als Zahnrad ausgebildet sein und das angetriebene Zahnelement die Form einer Zahnstange aufweisen, wobei die Zahnstange dann entsprechend ausgeformt ist, um in den Wälzradius des Antriebsrads eingreifen zu können und somit ein sicheres und funktionierendes Abwälzen zu gewährleisten.
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Ist zumindest eine Getriebestufe als Evolventengetriebestufe aufgebaut, so kann der Stellantrieb wiederum in vorteilhafter Weise ausgestaltet werden. Eine Evolventenverzahnung bietet den Vorteil in Bezug auf ein Abwälzen der Evolventen aufeinander, weil einerseits der Möglichkeit einer hohen Kraftübertragung in den Zähnen und andererseits ein geräuscharmes Abwälzen auf den Evolventengeometrien. Ist beispielsweise der Stellantrieb mit zwei Getriebestufen ausgestattet, so kann beispielsweise ein erstes Schneckenradgetriebe unmittelbar am Elektromotor angeordnet sein und die zweite Getriebestufe kann als Unrundgetriebestufe eine Evolventenverzahnung aufweisen. So können die günstigen Eingriffsverhältnisse bei einem Schneckenradgetriebe und das möglichst hohe Übersetzungsverhältnis im Schneckenradgetriebe mit den Vorteilen der möglichen hohen Kraftübertragung im Evolventen-verzahnten zweiten Getriebe kombiniert werden. Dies ist natürlich lediglich beispielhaft zu verstehen, da natürlich auch beide Getriebestufen eine Evolventenverzahnung aufweisen können.
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Um nun in den erforderlichen Bereichen höhere Kräfte bereitstellen zu können, kann es vorteilhaft sein, in der zweiten Getriebestufe ein Ansteigen des Übersetzungsverhältnisses vorzusehen. Es kann somit in einem ersten Bereich des Getriebes eine kontinuierliche Übersetzung vorliegen, wohingegen in einem weiteren Teilbereich sich das Übersetzungsverhältnis ändert. Somit kann beispielsweise das Stellelement mittels eines kontinuierlichen Bereichs konstant bewegt werden und beispielsweise ausgestellt werden und in einem weiteren zweiten Bereich, zum Beispiel der Endlage, das heißt in nahezu vollständig ausgefahrener Lage, seine Stellbewegung ändern. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn in der Endlage höhere Kräfte zur Verfügung gestellt werden sollen. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn diese Endlage einen Verriegelungszustand für beispielsweise einen Ladestecker eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs darstellt.
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In dieser Endlage, das heißt bei vollständig ausgefahrenem Stellelement kann das Stellelement bzw. der Verriegelungsstift den äußeren Umweltbedingungen ausgeliefert sein. Kommt es nun in Extremsituationen dazu, dass eine Vereisung im Bereich des Ladesteckers auftritt und soll der verriegelte Zustand aufgehoben werden, so kann zum Verfahren des Verriegelungsstifts bzw. des Stellelement eine höhere Stellkraft notwendig sein. Ist nun die zweite Getriebestufe mit einem ansteigenden Übersetzungsverhältnis ausgestattet, so stehen in der Endlage bzw. dem Teilbereich der zweiten Getriebestufe höhere Stellkräfte zur Verfügung, die ein Lösen des Verriegelungsstifts aus dem Eingriff mit dem beispielhaft genannten Ladestecker zur Verfügung stellen. Nach einem Lösen des Verriegelungsstifts kann dann mittels des zweiten Teilbereichs des Getriebes ein konstantes Verfahren des Stellelements erfolgen.
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Das Stellelement selbst kann ebenfalls einen Teil einer Getriebestufe aufweisen. Dabei kann der Stellantrieb zwei, drei oder mehr Getriebestufen aufweisen, wobei aber zumindest ein Teil einer der Getriebestufen, insbesondere eine zweite Getriebestufe, am Stellelement angeordnet ist. Die Anordnung eines Teils der Getriebestufen am Stellelement selbst reduziert die Anzahl der notwendigen Getriebeteile auf ein Minimum. Somit kann ein kostengünstiger Stellantrieb zur Verfügung gestellt werden und gleichzeitig wird eine kompakte Bauform des Stellelements ermöglicht.
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Eine besonders kompakte Ausführungsform wird dann bereitgestellt, wenn zwei Getriebestufen vorgesehen sind, wobei eine erste Getriebestufe unmittelbar am Elektromotor die Stellgeschwindigkeit des Stellelements wesentlich beeinflusst, wohingegen die zweite Getriebestufe zur Bereitstellung der erforderlichen Stellkräfte nutzbar ist. Insbesondere durch den erfindungsgemäßen Aufbau einer ansteigenden Übersetzung kann hierbei in den notwendigen Bereichen des Stellwegs des Stellelements eine erhöhte Stellkraft durch das veränderte Übersetzungsverhältnis bereitgestellt werden. Dabei wird das Übersetzungsverhältnis derart angepasst, dass eine erhöhte Stellkraft bei verringerter Stellgeschwindigkeit bereitgestellt wird.
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Wie vorstehend bereits aufgezeigt, kann es vorteilhaft sein, wenn das Stellelement zumindest bereichsweise als Zahnstangen ausgebildet ist. Vorzugsweise wird das Stellelement linear zum Beispiel aus einem Gehäuse des Stellantriebs herausbewegt. Dies ist natürlich nicht beschränkend gemeint, da der Stellantrieb selbst zum Beispiel auch in ein Gehäuse einer Ladesteckdose integrierbar ist. Eine lineare Bewegung des Stellelements wird bevorzugt und ist beispielsweise auch aus der
DE 10 2017 125 819 A1 vorbekannt. Somit bietet der Antrieb mittels einer Zahnstange eine konstruktiv günstige Möglichkeit, um eine Linearbewegung im Stellelement darzustellen.
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Dabei kann auch zumindest ein Teilbereich der Zahnstange gerade und als ebene Zahnstange ausgebildet sein, eben heißt, dass sich die Zähne der Zahnstange in einer Ebene befinden, wobei die Ebene der Zähne sich parallel zu einer Mittelachse der Stellbewegung des Stellelements angeordnet sind. Der ebene Bereich der Zahnstange bildet dann in Kombination mit einem Antriebszahnrad für die Zahnstange den Bereich ab, indem das Stellelement mit einer gleichmäßigen Bewegung stellbar ist. Ein zweiter Teilbereich der Zahnstange weicht dann von der Ebene ab und ist derart ausgebildet, dass sich das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsrad und der Zahnstange ändert. In vorteilhafter Weise kann dabei ein Ansteigen des Übersetzungsverhältnisses bereitgestellt werden.
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Steigt das Übersetzungsverhältnis in Richtung einer Endlage, bevorzugt in beide Endlagen, des Stellelements an, so kann wiederum eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der Erfindung erzielt werden. Die Endlagen sind bevorzugte Lagen, in denen höhere Stellkräfte benötigt werden können. Einerseits kann es vorkommen, dass aufgrund eines längeren Zeitabschnitts das Stellelement nicht mehr bewegt worden ist, und somit aufgrund von Verschmutzungen und/oder Witterungseinflüssen ein Lösen aus der Ausgangslage des Stellelements heraus mit einer höheren Kraft erfolgen muss. Um eine hohe Funktionssicherheit zu gewährleisten, kann in der Ausgangslage dann durch das veränderliche Übersetzungsverhältnis eine höhere Stellkraft zur Verfügung gestellt werden. Andererseits kann in der ausgefahrenen Stellung des Stellelements ebenso eine höhere Stellkraft erforderlich sein, wenn beispielsweise das Stellelement zum Verriegeln eines Ladesteckers eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs genutzt wird, und beispielsweise durch ein Verkanten oder ein Ziehen am Ladestecker es zu einem Einklemmen des Stellelements kommt, so dass wiederum zum Bewegen des Stellelements höhere Stellkräfte erforderlich sind. Als Endlagen können dabei die Ausgangsstellung des Stellelements und die vollständig ausgefahrene Stellung des Stellelements bestimmt werden.
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In vorteilhafter Weise sind die Getriebestufen aus einem Kunststoff ausbildbar, wodurch einerseits ein geringes Gewicht der Getriebestufen erzielbar ist und andererseits eine kostengünstige Fertigung der Getriebebestandteile ermöglicht wird. Insgesamt kann durch den Aufbau zumindest einer Getriebestufe mit zumindest bereichsweise veränderlicher Übersetzung eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet werden und es besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Stellkräfte in den erforderlichen Lagen des Stellelements bereitzustellen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es gilt jedoch der Grundsatz, dass die Ausführungsbeispiele die Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich eine vorteilhafte Ausgestaltungsform darstellen. Die dargestellten Merkmale können einzeln oder in Kombination mit weiteren Merkmalen der Beschreibung wie auch den Patentansprüchen einzeln oder in Kombination ausgeführt werden.
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Es zeigt:
- 1 eine prinzipielle Darstellung eines Antriebskonzepts in einer Flussdiagrammdarstellung,
- 2 eine Detailansicht auf ein Stellelement mit einem Unrundgetriebe und einer Evolventenverzahnung als Teil des Antriebsstrangs, und
- 3 eine weitere Detailansicht auf ein Stellmittel mit einem Unrundgetriebe als Teil des Antriebsstrangs.
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In der
1 ist prinzipiell und in einer Darstellung eines Flussdiagramms ein Antriebskonzept 1 wiedergegeben. Dargestellt ist die Überleitung von der elektrischen Leistung P
elektr. hin zur mechanischen Leistung P
mech. Ein Elektromotor 2 treibt über eine Abtriebswelle ein Antriebsrad an, wobei das Antriebsrad mit einem Abtriebsrad zusammen eine erste Getriebestufe 3 bildet. Die erste Getriebestufe 3 ist hierbei nicht an eine Verzahnungsgeometrie bzw. eine Ausbildung einer Getriebeart gebunden, sondern kann zum Beispiel ein Evoloidgetriebe, ein Zahnradgetriebe, ein Schneckenradgetriebe oder ein Evolventengetriebe sein. Die erste Getriebestufe 3 wirkt mit einer zweiten Getriebestufe 4 zusammen, wobei bevorzugt in der zweiten Getriebestufe eine zumindest bereichsweise veränderliche Übersetzung vorgesehen ist. Die zweite Getriebestufe 4 treibt das Stellelement 5 mittelbar oder unmittelbar an. Somit wird ausgehend von dem Elektromotor 2, in dem elektrische Energie eingespeist wird, über die Getriebestufen 3, 4 das Stellelement 5 bewegt und die elektrische Leistung P
elektr. in mechanische Leistung P
mech. umgewandelt. Somit entspricht der Aufbau des Stellantriebs gemäß dem beschriebenen Antriebskonzept 1 in wesentlichen Punkten dem Aufbau des Stellantriebs gemäß der
DE 10 2020 101 363 A1 , auf deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich Bezug genommen wird. Das erfindungsgemäße Antriebskonzept 1 unterscheidet sich dadurch, dass zumindest in einer Getriebestufe und zumindest bereichsweise eine veränderliche Übersetzung vorliegt.
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In der 2 ist nun ein Stellelement 5 in einer Detailansicht und als integrales Bestandteil einer zweiten Getriebestufe 4 wiedergegeben. Das Stellelement 5 ist derart in einem Gehäuse 6 eines Stellantriebs 7 angeordnet, dass das Stellelement 5 in Richtung des Pfeils P aus dem Gehäuse 6 heraus und in das Gehäuse 6 hinein verfahrbar ist. Somit kann das Stellelement 5 einen Verriegelungsstift bzw. Verriegelungspin darstellen. Über die lediglich prinzipiell dargestellten Bestandteil Elektromotor 2 und erste Getriebestufe 3 wird die zweite Getriebestufe 4 angetrieben. Die zweite Getriebestufe 4 ist als Unrundgetriebe 4 mit einer Evolventenverzahnung ausgestattet. Als strichpunktierte Linie sind die Teilkreise 8, 9 bzw. die Wälzradien 8, 9 der zweiten Getriebestufe 4 in der 4 wiedergegeben. Deutlich zu erkennen ist, dass das Zahnrad 10 unterschiedliche Wälzradien R1, R2 aufweist, die eine veränderliche Übersetzung in der zweiten Getriebestufe 4 erzeugen.
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Das Stellelement 5 kann prinzipiell als Zahnstange bzw. als Stellelement mit einer Verzahnung, insbesondere einer Evolventenverzahnung 11, beschrieben werden. In dieser Ausgestaltungsform kann das Stellelement 5 entlang einer Mittellinie M linear verfahren werden, wobei das Stellelement 5 linear verschieblich im Stellantrieb 7 aufgenommen ist. Durch die unterschiedlichen Radien R1, R2 am Zahnrad 10 können unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten und unterschiedliche Drehmomente bzw. Stellkräfte in das Stellelement 5 eingeleitet werden.
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Die 2 zeigt das Zahnrad 10 in etwa in einem mittigen Eingriff des Stellelements 5. In dieser Eingriffsposition kann eine hohe Stellbewegung durch den großen Radius R2 erzeugt werden. Das Zahnrad 10 kann in Richtung des Pfeils P1 hin und her bewegt werden, so dass sich die Eingriffsverhältnisse in der zweiten Getriebestufe ändern. Wird das Zahnrad 10 beispielsweise im Uhrzeigersinn bewegt, so wird das Stellelement 5 in das Gehäuse 6 hineinbewegt. Hierdurch ändern sich die Eingriffsverhältnisse in der zweiten Getriebestufe, wobei eine ansteigende Übersetzung erzielbar ist. Mittels der kleineren Radien R1 am Zahnrad 10 kann eine größere Stellkraft in das Stellelement 5 eingeleitet werden. Hierdurch ist der Stellantrieb 7 in der Lage, veränderliche Stellkräfte bzw. Momente zu erzielen, die beispielsweise für ein Eisbrechen genutzt werden können. Der Einsatz eines Unrundgetriebes bietet somit den Vorteil einer hohen Funktionssicherheit auch in Extremsituationen, wobei für die Extremsituationen erhöhte Stellkräfte bereitstellbar sind.
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In der 3 ist ebenfalls ein Stellelement 12 als Teil einer zweiten Getriebestufe 4 in einer Detailansicht aus Zahnrad 13 und Stellelement 12 wiedergegeben. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der 2 sind die Teilkreise 14, 15 bzw. Wälzbereiche 14, 15 der zweiten Getriebestufe 4 lediglich in einer Bewegungsrichtung des Zahnrads 13 veränderlich ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel stellt sich somit lediglich in eine Bewegungsrichtung des Zahnrads 13 eine veränderliche Übersetzung ein.
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Die veränderliche Übersetzung ergibt sich dabei aus den sich ändernden Radien R1, R2 am Zahnrad 13 sowie dem Verlauf der Verzahnung 15 am Stellelement 12. Über den Radius R2 hinweg kann eine hohe Stellgeschwindigkeit am Stellelement 12 realisiert sein, wohingegen bei einer Bewegung des Zahnrads 13, beispielsweise im Uhrzeigersinn, hohe Stellkräfte F bei der linearen Bewegung des Stellelements 12 generiert werden können. Linearführungen 16, 17 im Gehäuse 6 des Stellantriebs 7 können für eine lineare Führung des Stellelements 12 entlang der Mittelinie M des Stellelements Sorge tragen. Wie zu erkennen, ist die Verzahnung 15 am Stellelement 12 wie auch die Verzahnung 14 am Zahnrad 13 in vorteilhafter Weise als Evolventenverzahnung ausgebildet.
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Die Auslegung des Unrundgetriebes in Form eines Evolventengetriebes mit konstanter und veränderlicher Übersetzung zeichnet sich dadurch aus, dass das Abwälzen der Verzahnungsbereiche 14, 15 einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Je nach Anforderungen an das Stellelement 5, 12 bzw. Verriegelungspin 5, 12 können unterschiedliche Kombinationen von Getriebestufen 3, 4 mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen realisiert werden. In vorteilhafter Weise kann aber der Einsatz eines Unrundgetriebes mit vorzugsweise ansteigender Übersetzung in Extremsituationen eine hohe Funktionssicherheit des Stellantriebs 7 gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebskonzept
- 2
- Elektromotor
- 3
- erste Getriebestufe
- 4
- zweite Getriebestufe
- 5, 12
- Stellelement
- 6
- Gehäuse
- 7
- Stellantrieb
- 8, 9, 14, 15
- Teilkreise, Wälzkreise
- 10, 13
- Zahnrad
- 11
- Evolventenverzahnung
- 16, 17
- Linearführungen
- Pelektr.
- elektrische Leistung
- Pmech.
- mechanische Leistung
- P, P1
- Pfeil
- R1, R2
- Radius
- M
- Mittellinie
- F
- Stellkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017125819 A1 [0004, 0021]
- DE 102020101363 A1 [0005, 0027]
