DE10244018A1 - Antriebseinheit - Google Patents

Abstract

Es wird eine Antriebseinheit mit einer ausrückbaren elektromagnetischen Kupplung beschrieben, wobei eine erste Kupplungsscheibe 6 über eine erste Welle 2 eine zweite Kupplungsscheibe 11 antreibt. Diese zweite Kupplungsscheibe 11 ist dabei auf einer zweiten Welle 12 angeordnet, die ferner mit einem zweiten Schneckenrad 13 verbunden ist. Durch eine Rückstellfeder 14 wird es möglich, bei bestromtem Elektromagneten und somit ausgerückter Kupplung das Schneckenrad in eine vordefinierte Notposition zu verstellen, wodurch diese einfach aufgebaute Kupplung der Antriebseinheit die sonst vorhandene Selbsthemmung des Schneckenrades aufhebt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit insbesondere für einen Steilantrieb, bei der eine erste Welle antreibbar ist, die drehfest mit einer ersten Kupplungsscheibe verbunden ist, welche axial auf der ersten Welle verschiebbar ist und eine formschlüssige Verbindung zu einer zweiten Kupplungsscheibe herstellt, die auf einer zweiten Welle angeordnet ist, wobei ein Elektromagnet, der auf der zur zweiten Kupplungsscheibe entgegengesetzten Seite der ersten Kupplungsscheibe angeordnet ist, bei Bestromung die erste Kupplungsscheibe anzieht und so den Formschluß zwischen der ersten und der zweiten Kupplungsscheibe aufhebt.
• Elektromagnetisch betätigte ausrückbare Kupplungen sind allgemein bekannt und werden beispielsweise in der DE 19602910 A1 beschrieben. Die hierin beschriebene Kupplung besteht aus einer ersten angetriebenen Welle auf der eine Druckplatte angeordnet ist, die bei Erregung eines Elektromagneten Vorsprünge einer ersten Kupplungsplatte in Ausnehmungen einer zweiten Kupplungsplatt schiebt. Dadurch entsteht ein Formschluß, wodurch eine zweite Welle, auf der die zweite Kupplungsplatte angeordnet ist, angetrieben wird. Dieses Einrücken der Kupplung geschieht entgegen einer Federkraft, wobei eine Druckfeder zwischen der ersten Kupplungsplatte und einer weiteren, auf der ersten Welle feststehenden Platte angeordnet ist und dort eine Vorspannung erzeugt. Auf der zweiten Welle ist ein Ritzel angeordnet, welches mit einem weiteren Zahnrad kämmt. Der Antrieb erfolgt über einen Motor, der wiederum über ein Schneckengetriebe die Welle zur Erzeugung einer ausreichend hohen Untersetzung antreibt.
• Nachteilig an der hier beschriebenen Ausführung ist der große benötigte Bauraum zur Unterbringung des Antriebs- und Abtriebsgetriebes sowie der komplizierte und ein großes Bauraumvolumen benötigende Aufbau mit den insgesamt vier Kupp lungs- bzw. Druckplatten. Insbesondere bei einer Anwendung als Stellantrieb in Fahrzeugen ist davon auszugehen, daß die Kupplung im Normalbetrieb eingekuppelt ist, um das angetriebene Bauteil zu betätigen. Dementsprechend benötigt der hier beschriebene Aufbau einen hohen Strombedarf, da der Elektromagnet nur im ausgekoppelten Zustand der Kupplung nicht bestromt werde muß.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine ausrückbare Kupplung zu schaffen, welche einen geringen Bauraumbedarf aufweist, den Stromverbrauch reduziert, in ihrem Aufbau einfach und preisgünstig ist und dennoch im ausgekoppelten Zustand die Drehbarkeit der zweiten Welle in beide Richtungen sicherstellt, wodurch ein Rückstellen in eine Notlaufposition ermöglicht wird.
• Diese Aufgaben werden unter anderem dadurch gelöst, daß auf der zweiten Welle ein Schneckenrad angeordnet ist, welches bei ausgerückter Kupplung durch eine Rückstellfeder, die in Wirkverbindung mit der zweiten Welle steht, in eine vordefinierte Position stellbar ist. Durch diese Anordnung des Schneckenrades auf der zweiten Welle wird es möglich, mit nur einem abtriebseitigen Getriebe eine hohe Untersetzung zu erreichen, wobei gleichzeitig durch die Kupplung und die Rückstellfeder sichergestellt wird, daß keine Selbsthemmung des Schneckenrades auftritt und somit das angesteuerte Bauteil in eine Notlaufposition gestellt werden kann.
• Erfindungsgemäß ist für den einfachen Aufbau der Antriebseinheit die erste Kupplungsscheibe aus einem magnetisierbaren Material hergestellt, so daß sie direkt, ohne Zwischenschaltung einer zweiten Platte oder dergleichen vom Elektromagneten angezogen werden kann.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Kupplungsscheibe fest mit dem Ende einer Hülse verbunden, die über eine Nut-Feder-Verbindung in Form eines Schiebesitzes axial verschiebbar und radial formschlüssig auf der ersten Welle gelagert ist. Hierdurch wird auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine radial feste Lagerung der Kupplungsscheibe sichergestellt und gleichzeitig ein einfaches Verschieben der Hülse auf der Welle und somit der ersten Kupplungsscheibe zum Elektromagneten und umgekehrt ermöglicht.
• In einer weiterführenden Ausführungsform wird die erste Kupplungsscheibe durch eine Federkraft gegen die zweite gedrückt und so der Formschluß zwischen den beiden Kupplungsscheiben hergestellt, womit eine preisgünstige und zuverlässige Lösung zum Aufbringen der notwendigen Kraft verwendet wird. Desweiteren kann diese Kraft je nach Einsatz der Antriebseinheit durch Einbringen von Federn unterschiedlicher Federstärke angepaßt werden.
• Bevorzugt wird zum Aufbringen der Federkraft zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Kupplungsscheiben eine Schraubenfeder verwendet, die einfach in den Aufbau der Antriebseinheit integriert werden kann.
• Dazu wird die Schraubenfeder optimalerweise vorgespannt zwischen einem Absatz der ersten Welle und der ersten Kupplungsscheibe und um die Hülse herum angeordnet. Auf diese Weise wird ein einfacher und kostengünstiger Aufbau gewährleistet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Welle direkt von einem Elektromotor angetrieben, ohne daß ein Getriebe zwischengeschaltet wird. Durch diesen direkten Antrieb werden unnötige Getriebeteile gespart und das Bauraumvolumen der Antriebseinheit deutlich verringert.
• In einer weiterführenden Ausführungsform wird eine Bestromung des Elektromagneten und damit ein Ausrücken der Kupplung dann stattfinden, wenn eine Fehlermeldung einer Antriebselektronik vorliegt. Dies hat zur Folge, daß bei auftretenden Fehlern im Antriebssystem sofort durch ein Rückstellen der zweiten Welle reagiert werden kann.
• Durch die Funktionsweise dieser Erfindung ist sichergestellt, daß der Stromverbrauch dadurch reduziert wird, daß lediglich beim Auftreten eines Fehlers im Antriebssystem der Elektromagnet bestromt werden muß, so daß die Strombelastung dieser Antriebseinheit sehr gering gehalten wird. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kommt mit nur einem Getriebe zur Herstellung der nötigen hohen Untersetzung aus und weist einen sehr einfachen Aufbau mit einer geringen Bauteileanzahl auf, wodurch eine kostengünstige Herstellung gewährleistet ist.
• Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Antriebseinheit im eingekoppelten Zustand in Seitenansicht.
• 2 zeigt in schematischer Darstellung die Antriebseinheit im ausgekoppelten Zustand in Seitenansicht.
• Die in den 1 und 2 dargestellte Antriebseinheit besteht aus einem Elektromotor 1, der eine erste Welle 2 antreibt. In der Welle 2 befindet sich eine Nut, in die eine Paßfeder 3 eingelassen ist. Auf der Welle 2 befindet sich eine Hülse 4, an deren Innenseite sich ebenfalls eine Nut 5 befindet, in die die Paßfeder 3 eingreift. Auf diese Art und Weise wird die Hülse 4, deren Nut 5 deutlich länger ist als die Paßfeder 3, durch die Paßfeder 3 verdrehsichert, d.h. in radialer Richtung fest auf der Welle gelagert, während sie sich über die Längsnut 5 in axialer Richtung verschieben läßt. An der zum Elektromotor 1 entgegengesetzten Seite der Hülse 4 befindet sich eine erste Kupplungsplatte 6, die mit dieser stoff- oder haftschlüssig verbunden ist. Um die erste Welle 2 bzw. die Hülse 4 ist ein ringförmiger Elektromagnet 7 angeordnet, welcher bei Bestromung seiner Spule 8, die aus einem magnetisierbaren Material bestehende erste Kupplungsplatte 6 anzieht, wodurch sich die Hülse 4 mit der ersten Kupplungsplatte 6 auf der ersten Welle 2 in Richtung des Elektromagneten 7 bzw. des Motors verschiebt, bis zu ihrem Anschlag am Elektromagneten 7. Wird der Elektromagnet 7 nicht bestromt, so wird die Kupplungsplatte 6 durch eine Schraubenfeder 9, die um die Hülse 4 bzw. die Welle 2 angeordnet ist und zwischen einem Absatz 10 der Welle 2 und der Kupplungsplatte 6 vorgespannt wird, gegen eine zweite Kupplungsplatte 11 gedrückt. Diese zweite Kupplungsplatte 11 ist an einem ersten Ende einer zweiten Welle 12 angebracht, auf der ein Schneckenrad 13 angeordnet ist, welches beispielsweise über eine Preßverbindung mit der zweiten Welle 12 fest verbunden werden kann. Über dieses Schneckenrad 13 können nun nicht weiter dargestellte Getrieberäder angetrieben werden, wobei durch das Schneckenrad 13 sichergestellt ist, daß eine hohe Untersetzung verwirklicht werden kann. Schneckenräder haben üblicherweise den Nachteil, daß sie einer Selbsthemmung unterliegen, wenn sie mit dem Antrieb fest verbunden sind. Dies hat zur Folge, daß das hier nicht näher dargestellte angetriebene Element am Ende der nicht dargestellten Getriebeeinheit bei Ausfall des Motors in seiner Position verharren würde. Durch das Schalten des Elektromagneten 7 wird jedoch die Kopplung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite aufgehoben, so daß das Schneckenrad 13 wieder drehbar ist. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß angetriebene Element über ein Rückstellen des Schneckenrades 13 bzw. der zweiten Welle 12 in eine vorgegebene Position zurückzuführen. Dies geschieht durch eine Rückstellfeder 14, hier in Form einer Spiralfeder, die bei Betätigen des Antriebes durch die Rotation der zweiten Welle 12 tordiert wird und so bei Auskoppeln der Kupplung genügend gespeicherte Energie aufweist, um das angetriebene Element über die zweite Welle 12 in seine Ausgangsstellung bzw. Notlaufposition zurückzudrehen. Mit dieser Ausführung ist es des weiteren möglich, durch Umschalten der Motorpolung, einen Stellantrieb in beide Richtungen zu bewegen, Insbesondere bei Verwendung einer in beide Verdrehrichtungen Energie speichernden Spiralfeder.
• In der Zeichnung dargestellt ist eine formschlüssige Kupplung, bei der jeweils Erhöhungen der einen Kupplungsscheibe in Vertiefungen der anderen Kupplungsscheibe eingreifen. Vorstellbar ist es jedoch auch, eine rein reibflüssige Kupplung zu verwenden.
• Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung liegt somit eine Antriebseinheit vor, die insbesondere bei Verwendung als Antrieb einer Stelleinheit durch die Minimierung der Teileanzahl sowohl einen einfachen Aufbau aufweist als auch einen sehr geringen Bauraumbedarf hat. Desweiteren ist es möglich, durch das entkoppelbare Schneckenrad eine hohe Untersetzung zu verwirklichen und dennoch durch die Kupplung die Selbsthemmung des Schneckenrades aufheben zu können und somit ein angetriebenes Bauteil beispielsweise eine Drosselklappe in eine Notlaufposition zurückstellen zu können. Dementsprechend werden auf engstem Raum Zuverlässigkeit und Kostenersparnis verwirklicht.
• Veränderungen bezüglich der Ausführung der Kupplung, insbesondere der Wirkungsweise der beiden Kupplungsscheiben bzw. der Einbau der kraftaufbringenden Feder bzw. energiespeichernden Feder als auch Veränderungen bezüglich der Lage der einzelnen Bauteile zueinander sind Bestandteil dieser Erfindung.

Claims (8)

1. Antriebseinheit insbesondere für einen Stellantrieb, bei der eine erste Welle antreibbar ist, die drehfest mit einer ersten Kupplungsscheibe verbunden ist, die axial auf der ersten Welle verschiebbar ist und eine formschlüssige Verbindung zu einer zweiten Kupplungsscheibe herstellt, die auf einer zweiten Welle angeordnet ist, wobei ein Elektromagnet, der auf der zur zweiten Kupplungsscheibe entgegengesetzten Seite der ersten Kupplungsscheibe angeordnet ist, bei Bestromung die erste Kupplungsscheibe anzieht und so den Formschluß zwischen der ersten und der zweiten Kupplungsscheibe aufhebt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Welle (12) ein Schneckenrad (13) angeordnet ist, welches bei ausgerückter Kupplung durch eine Rückstellfeder (14), die in Wirkverbindung mit der zweiten Welle (12) steht, in eine vordefinierte Position stellbar ist.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Kupplungsscheibe (6) aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungsscheibe (6) fest mit dem Ende einer Hülse (4) verbunden ist, die über eine Nut-Feder-Verbindung (3, 5) in Form eines Schiebesitzes axial verschiebbar und radial formschlüssig auf der ersten Welle (2) gelagert ist.
4. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federkraft die erste Kupplungsscheibe (6) gegen die zweite Kupplungsscheibe (11) drückt und so den Formschluß herstellt.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraubenfeder (9) die Federkraft zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Kupplungsscheiben (6, 11) aufbringt.
6. Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (9) vorgespannt zwischen einem Absatz (10) der ersten Welle (2) und der ersten Kupplungsscheibe (6) und um die Hülse (4) herum angeordnet ist.
7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (2) direkt von einem Elektromotor (1) antreibbar ist.
8. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bestromung des Elektromagneten (7) und damit ein Ausrükken der Kupplung stattfinden, wenn eine Fehlermeldung einer Antriebselektronik vorliegt.