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Die Erfindung betrifft ein Spindelaktorsystem mit einem rotatorisch bewegbaren Spindelelement, das über ein Gewinde so mit einem translatorisch bewegbaren Spindelelement verbunden ist, dass das translatorisch bewegbare Spindelelement eine translatorische Bewegung ausführt, wenn das rotatorisch bewegbare Spindelelement relativ zu dem translatorisch bewegbaren Spindelelement verdreht wird, wobei dem translatorisch bewegbaren Spindelelement mindestens ein Endanschlag zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Spindelaktorsystems.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2018 114 902 A1 ist ein Spindelaktor mit einem Spindeltrieb bekannt, der eine elektromotorisch in Drehbewegung versetzbare Spindelmutter umfasst, die so mit einer Spindelstange zusammenwirkt, dass die Spindelstange bei einer Drehbewegung der Spindelmutter eine lineare Bewegung ausführt, wobei der Spindeltrieb mindestens eine Zwischenmutter umfasst, die ein Zwischenmutterinnengewinde, das mit einem Spindelstangenaußengewinde der Spindelstange kämmt, und ein Zwischenmutteraußengewinde aufweist, das mit einem Spindelmutterinnengewinde der Spindelmutter kämmt und eine andere Steigung aufweist als das Zwischenmutterinnengewinde. Aus der deutschen Patentschrift
DE 11 2010 004 249 B4 ist ein Spindelaktor bekannt, mit einem Gehäuse, einer an diesem verdrehbar angeordneten Gewindespindel, einer an dieser verdrehbar und gegenüber dem Gehäuse drehfest angeordneten Spindelmutter sowie einem in dem Gehäuse aufgenommenen und die Gewindespindel antreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem mit der Gewindespindel fest verbundenen Rotor sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer von der Spindelmutter auf ein von dieser axial verlagertes Bauteil aufgebrachten Last, wobei die Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse entgegen der Wirkung zumindest eines axial wirksamen Energiespeichers axial begrenzt verlagerbar gelagert ist und ein Axialweg der Gewindespindel mittels der Sensoreinrichtung erfasst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spindelaktorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Spindelaktorsystem mit einem rotatorisch bewegbaren Spindelelement, das über ein Gewinde so mit einem translatorisch bewegbaren Spindelelement verbunden ist, dass das translatorisch bewegbare Spindelelement eine translatorische Bewegung ausführt, wenn das rotatorisch bewegbare Spindelelement relativ zu dem translatorisch bewegbaren Spindelelement verdreht wird, wobei dem translatorisch bewegbaren Spindelelement mindestens ein Endanschlag zugeordnet ist, durch mindestens eine in axialer Richtung wirkende Federeinrichtung gelöst, die so ausgeführt, angeordnet und vorgespannt ist, dass die Federeinrichtung eine Federkraft erzeugt, die einer Aktorkraft entgegenwirkt, mit welcher das translatorisch bewegbare Spindelelement auf den Endanschlag zu bewegt wird. Die Spindelelemente sind zum Beispiel als Spindelstange und als Spindelmutter ausgeführt. Die Aktorkraft wird vorzugsweise durch einen elektromotorischen Antrieb des Spindelaktors in dem Spindelaktorsystem erzeugt. Der Begriff axial oder axiale Richtung bezieht sich auf eine Drehachse des rotatorisch bewegbaren Spindelelements. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu dieser Drehachse. Mit Hilfe der Federeinrichtung wird einer im Betrieb des Spindelaktorsystems unerwünschten Endanschlag-Selbsthemmung entgegengewirkt. Der Begriff Endanschlag-Selbsthemmung bezieht sich darauf, dass es, insbesondere bei geringen Spindelsteigungen, an dem Endanschlag dazu kommen kann, dass sich die durch das Gewinde verbundenen Spindelelemente, zum Beispiel die Spindel beziehungsweise Spindelstange und die Mutter beziehungsweise Spindelmutter, sich selbsthemmend verklemmen. Das beanspruchte Spindelaktorsystem wird zum Beispiel in Parksperren oder Kupplungen, insbesondere im Automobilbereich verwendet.
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Ein nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mit dem rotatorisch bewegbaren Spindelelement kombiniert ist, das drehfest, aber axial verlagerbar mit einem Rotor verbunden ist, der drehbar angetrieben, aber axial fest angeodnet ist. Der Rotor gehört zu dem elektromotorischen Antrieb des Spindelaktors. Über die drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor und dem rotatorisch bewegbaren Spindelelement wird der Spindelaktor betätigt. Die Kombination der Federeinrichtung mit dem rotatorisch bewegbaren Spindelelement liefert unter anderem Bauraumvorteile außerhalb des Aktorkerns. Darüber hinaus kann durch diese Kombination die rotatorisch bewegte Masse reduziert werden.
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Ein weiteres nicht erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung axial gegen das rotatorisch bewegbare Spindelelement vorgespannt ist. So kann der im Betrieb des Spindelaktorsystems unerwünschten Endanschlag-Selbsthemmung wirksam entgegengewirkt werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mit dem translatorisch bewegbaren Spindelelement kombiniert ist. Auch dieses Ausführungsbeispiel liefert je nach Ausführung des Spindelaktors sowohl funktionelle Vorteile als auch Bauraumvorteile. Bei Bedarf können die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele in einer speziellen Anwendung auch bei zwei Endanschlägen auch kombiniert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung einem dem Endanschlag zugewandten Ende des translatorisch bewegbaren Spindelelements zugeordnet ist. So kann der im Betrieb des Spindelaktorsystems unerwünschten Endanschlag-Selbsthemmung wirksam entgegengewirkt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die von der vorgespannten Federeinrichtung erzeugte Federkraft größer als eine nominale Aktorkraft ist. So wird sichergestellt, dass sich das Spindelaktorsystem im normalen Betrieb so verhält wie ein herkömmliches Aktorspindelsystem ohne Federeinrichtung. Wenn sich das translatorisch bewegbare Spindelelement ohne Dynamik gegen den Anschlag bewegt, dann federt die Federeinrichtung aufgrund ihrer Vorspannung nicht oder nur wenig ein. Eine dabei entstehende Verspannung zwischen den Spindelelementen ist jedoch allein durch die Aktorkraft wieder lösbar. So wird ein komfortabler Normalbetrieb des Spindelaktorsystems sichergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung einen Federweg aufweist, der so groß ist, dass das translatorisch bewegbare Spindelelement ausspurt, bevor der Endanschlag erreicht wird. Wenn sich das translatorisch bewegbare Spindelelement mit Dynamik gegen den Anschlag bewegt, dann federt die Federeinrichtung so stark ein, dass das translatorisch bewegbare Spindelelement ausspurt. Dann kann sich das rotatorisch bewegbare Spindelelement weiter drehen, und zwar unabhängig von dem ausgespurten translatorisch bewegbaren Spindelelement. Beim weiteren Relativverdrehen der beiden ausgespurten Spindelelemente gegeneinander werden diese durch die Federeinrichtung gegeneinander gedrückt. An den gegeneinander gedrückten Enden der ausgespurten Spindelelemente können bei der Relativverdrehung aufgrund der periodisch in Kontakt kommenden Gewindegänge Geräusche auftreten, wie sie bei einem Freilauf einer Knarre oder einer Ratsche auftreten. Durch das bewusst zugelassene Ausspuren der Spindelelemente wird eine Verspannung und hier unerwünschte Selbsthemmung durch das Gewinde verhindert. Wenn die Drehrichtung des Spindelaktors umgekehrt wird, also das rotatorisch bewegbare Spindelelement in der entgegengesetzten Richtung verdreht wird, dann sorgt die vorgespannte Federeinrichtung dafür, dass die Spindelelemente wieder einspuren. Dann kann das Spindelaktorsystem wieder ganz normal verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mit einem relativ zu dem translatorisch bewegbaren Spindelelement translatorisch bewegbaren Anschlagkörper kombiniert ist, der axial zwischen dem translatorisch bewegbaren Spindelelement und dem Endanschlag bewegbar ist. Hier wird bewusst der Nachteil eines zusätzlichen Bauteils in Kauf genommen, um einen komfortablen Betrieb des Spindelaktorsystems mit einem Schutz gegen Endanschlag-Selbsthemmung zu ermöglichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung axial zwischen dem translatorisch bewegbaren Spindelelement und dem translatorisch bewegbaren Anschlagkörper eingespannt ist. So wird der Anschlagkörper auf einfache Art und Weise gegen den Endanschlag vorgespannt. Die Vorspannung der Federeinrichtung entfaltet vorteilhaft dann ihre Wirkung, wenn der Anschlagkörper an dem Endanschlag anschlägt.
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Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass der translatorisch bewegbare Anschlagkörper an einem Ende eines Stößels angebracht ist, der in dem translatorisch bewegbaren Spindelelement axial geführt ist. Die stabile Führung des Anschlagkörpers über den Stößel in dem translatorisch bewegbaren Spindelelement verhindert ein unerwünschtes Verkanten oder Kippen des Anschlagkörpers im Betrieb des Spindelaktorsystems. Der Stößel ist zum Beispiel in einem zentralen Durchgangsloch des translatorisch bewegbaren Spindelelements hin und her bewegbar geführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Spindelaktorsystems ist durch zwei in entgegengesetzten axialen Richtungen wirkende Federeinrichtungen gekennzeichnet, die so ausgeführt, angeordnet und vorgespannt sind, dass die Federeinrichtungen Federkräfte erzeugen, die Aktorkräften entgegenwirken, mit welchen das translatorisch bewegbare Spindelelement auf die Endanschläge zu bewegt werden. Die Federeinrichtungen und die übrigen Funktionsteile sind vorteilhaft so ausgeführt, wie es vorab in Bezug auf den einen Endanschlag allgemein beschrieben ist.
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Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Spindelaktorsystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das translatorisch bewegbare Spindelelement ausspurt, bevor der Endanschlag oder einer der Endanschläge erreicht wird. So wird, unabhängig von der Größe der aufgebrachten Aktorkraft, im Betrieb des Spindelaktorsystems ein wirksamer Schutz gegen Endanschlag-Selbsthemmung bereitgestellt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Federeinrichtung erst dann ihre Wirkung entfaltet, wenn ein beziehungsweise der Anschlagkörper an dem zugeordneten Endanschlag anschlägt. Im normalen Betrieb funktioniert das Spindelaktorsystem wie ein herkömmliches Spindelaktorsystem. Erst wenn die Aktorkraft die Federkraft übersteigt, wenn der Anschlagkörper an dem Endanschlag anschlägt, sorgt das bewusst herbeigeführte Ausspuren der Spindelelemente für den gewünschten Schutz gegen die Endanschlag-Selbsthemmung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Anschlagkörper, einen Stößel, eine Federeinrichtung und/oder ein Spindelelement für ein vorab beschriebenes Spindelaktorsystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Spindelaktorsystems mit einem Schutz gegen Endanschlag-Selbsthemmung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; die
- 2 bis 4 etwas kleinere Darstellungen des Spindelaktorsystems aus 1 in verschiedenen Betriebszuständen; und
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1 eine schematische Darstellung eines Spindelaktorsystems mit einem Schutz gegen Endanschlag-Selbsthemmung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den 1 und 5 ist ein Spindelaktorsystem 1;31 mit einem Spindelaktor 2;32 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Der Spindelaktor 2;32 umfasst einen elektromotorischen Antrieb 3 mit einem Stator 4, der in einem Gehäuse 5 des Spindelaktorsystems 1;31 aufgenommen ist.
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In dem Stator 4 des elektromotorischen Antriebs 3 ist ein Rotor 6 mit Hilfe einer Rotorlagereinrichtung 8 um eine Drehachse 7 drehbar gelagert. Der Rotor 6 ist antriebsmäßig, je nach Ausführung fest oder nur drehfest, mit einer Spindelmutter 9 verbunden, die ein rotatorisch bewegbares Spindelelement 12;42 des Spindelaktors 2 darstellt.
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Über ein Gewinde 19 ist die Spindelmutter 9 so mit einer Spindel 10 verbunden, dass sich die Spindel 10 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Spindelmutter 9 in die eine axiale Richtung oder die andere axiale Richtung, das heißt in den 1 und 5 nach links oder nach rechts bewegt, wenn die Spindelmutter 9 über den elektromotorischen Antrieb 3 verdreht wird. Die Spindel 10 stellt ein translatorisch bewegbares Spindelelement 11; 41 in dem Spindelaktor 2; 32 dar.
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Die Spindel 10, die in 1 das translatorisch bewegbare Spindelelement 11 darstellt, umfasst eine in axialer Richtung durchgehende zentrale Führungsausnehmung 14, in welcher ein Stößel 13 mit Spiel hin und her bewegbar, also in 1 nach links und rechts bewegbar, geführt ist. An einem in 1 rechten Ende des Stößels 13 ist ein Anschlagkörper 15 befestigt. An einem in 1 linken Ende des Stößels 13 ist ein Anschlagkörper 16 befestigt.
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Der in 1 rechte Anschlagkörper 15 ist in 1 von einem Endanschlag 17 beabstandet. Der in 1 linke Anschlagkörper 16 ist von einem Endanschlag beabstandet, der in 4 mit 18 bezeichnet ist. Der Endanschlag 17 ist innen in dem Gehäuse 5 des Spindelaktorsystems 1 ausgebildet. Der in 4 mit 18 bezeichnete Endanschlag 18 ist feststehend an einem nicht näher bezeichneten Bauteil vorgesehen, das unabhängig von dem Spindelaktorsystem 1 ist.
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Zwischen dem in 1 rechten Ende der Spindel 10 und dem Anschlagkörper 15 ist eine Federeinrichtung 21 mit einem Federweg 23 eingespannt. Zwischen dem in 1 linken Ende der Spindel 10 und dem Anschlagkörper 16 ist eine Federeinrichtung 22 mit einem Federweg 24 eingespannt. Die Federwege 23 und 24 sind gleich groß.
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In den 2 bis 4 ist das Spindelaktorsystem 1 in verschiedenen Betriebszuständen kleiner als in 1 dargestellt. 2 entspricht dem Betriebszustand des Spindelaktorsystems 1, der auch in 1 dargestellt ist. In 3 ist ein Betriebszustand dargestellt, in welchem der Anschlagkörper 15 an dem in 3 rechten Endanschlag 17 angeschlagen ist. In 4 ist ein Betriebszustand dargestellt, in welchem der Anschlagkörper 16 an dem in 4 linken Endanschlag 18 angeschlagen ist.
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In den 1 bis 4 ist die Spindelmutter 9 rotatorisch angetrieben. Anders als dargestellt ist, umfasst das beanspruchte Spindelaktorsystem 1 auch Spindelaktoren mit einer rotatorisch angetriebenen Spindel und einer translatorisch bewegbaren Spindelmutter. Die Federeinrichtung kann sowohl der Spindel als auch der Spindelmutter zugeordnet werden. So können gegebene Bauraumvorteile ausgenutzt werden.
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Bei dem in 5 dargestellten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind zwei Federeinrichtungen 51,52 mit dem rotatorisch bewegbaren Spindelelement 42 kombiniert ist, das drehfest, aber axial verlagerbar mit dem Rotor 6 verbunden ist, der drehbar angetrieben, aber axial fest angeodnet ist.
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Die Federeinrichtungen 51,52 sind axial gegen das rotatorisch bewegbare Spindelelement 42 vorgespannt. Ansonsten üben die Federeinrichtungen 51,52 im Hinblick auf die im Betrieb des Spindelaktorsystems 31 unerwünschte Endanschlag-Selbsthemmung so wie das in 1 dargestellt Ausführungsbeispiel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelaktorsystem
- 2
- Spindelaktor
- 3
- elektromotorischer Antrieb
- 4
- Stator
- 5
- Gehäuse
- 6
- Rotor
- 7
- Drehachse
- 8
- Rotorlagereinrichtung
- 9
- Spindelmutter
- 10
- Spindel
- 11
- translatorisch bewegbares Spindelelement
- 12
- rotatorisch bewegbares Spindelelement
- 13
- Stößel
- 14
- Führungsausnehmung
- 15
- Anschlagkörper
- 16
- Anschlagkörper
- 17
- Endanschlag
- 18
- Endanschlag
- 19
- Gewinde
- 21
- Federeinrichtung
- 22
- Federeinrichtung
- 23
- Federweg
- 24
- Federweg
- 31
- Spindelaktorsystem
- 32
- Spindelaktor
- 41
- translatorisch bewegbares Spindelelement
- 42
- rotatorisch bewegbares Spindelelement
- 51
- Federeinrichtung
- 52
- Federeinrichtung
