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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator und insbesondere einen Aktuator für den Antrieb eines Ausrückmechanismus einer Kupplung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Als Vorrichtung zum Einstellen einer Kupplungsvorrichtung eines Fahrzeugs entweder in einen Zustand der Kraftübertragung (Kupplung aktiviert) oder in einen Zustand der Unterbrechung der Kraftübertragung (Kupplung deaktiviert) wurde eine Vorrichtung entwickelt, die mit einem Elektromotor arbeitet. Zum Beispiel enthält eine Vorrichtung, die in PTL1 1 beschrieben ist: einen Motor, einen Bewegungsumwandlungsmechanismus, der konfiguriert ist für die Umwandlung einer Drehbewegung eines Motors in eine lineare Bewegung; und einen Mechanismus, der konfiguriert ist für den Antrieb eines Ausrückmechanismus einer Kupplung durch die lineare Bewegung, die das Ergebnis der Umwandlung durch den Bewegungsumwandlungsmechanismus ist.
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Allgemein ist die Kupplungsvorrichtung konfiguriert für die Herstellung des aktivierten Zustands der Kupplung, indem bewirkt wird, dass eine Membranfeder an eine Kupplungsscheibe angepresst wird, wohingegen der deaktivierte Zustand der Kupplung hergestellt wird, indem ein Ausrückmechanismus zur Aufhebung der Anpresskraft der Membranfeder veranlasst wird. Wenn bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durch die Betätigung des Ausrückmechanismus der deaktivierte Zustand der Kupplung hergestellt wird, ist es wahrscheinlich, dass die Antriebskraft wegen der Anpresskraft der Membranfeder umgekehrt von der Seite des Ausrückmechanismus ausgeübt wird. Wenn ein Motor derart konfiguriert ist, dass dieser in Reaktion auf einen solchen Rückantrieb von der Seite des Ausrückmechanismus drehbar ist, lässt sich ein Element auf der Seite des Ausrückmechanismus nicht sperren.
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In Anbetracht dessen ist zum Zweck des Sperrens des Elements auf der Seite des Ausrückmechanismus ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Motor konstant mit elektrischem Strom versorgt wird, und ein Verfahren, bei dem auf einem Kraftübertragungsweg von dem Motor zu dem Ausrückmechanismus eine Selbsthemmungsfunktion ausgelöst wird. In PTL 1 zum Beispiel ist der Bewegungsumwandlungsmechanismus gebildet aus einer Schnecke und einem Schneckenrad, und die Selbsthemmungsfunktion ist konfiguriert für eine Auslösung gegen den Rückantrieb von der Seite des Ausrückmechanismus.
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ZITIERTE DOKUMENTE
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PATENTLITERATUR
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- PTL 1: Offengelegte japanische Patentanmeldungspublikation Nr. JP-A-2003-194101
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ÜBERSICHT
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Technische Probleme
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Bei dem Aktuator, der in PTL 1 beschrieben ist, wird die Antriebskraft über die Schnecke und das Schneckenrad von dem Motor in Richtung auf den Ausrückmechanismus übertragen. Wie jedoch hinreichend bekannt ist, beträgt der Übertragungswirkungsgrad zwischen Schnecke und Schneckenrad etwa 40% bis 50% und ist damit relativ gering. Aus diesem Grund muss ein Motor mit einer hohen Ausgangsleistung vorgesehen werden, damit die gewünschte Ausrückkraft erreicht werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Leistung eines Kupplungsaktuators zum Betätigen eines Ausrückmechanismus zu erhöhen, insbesondere beim Antrieb des Ausrückmechanismus.
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Problemlösung
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Kupplungsaktuator für den Antrieb eines Ausrückmechanismus einer Kupplung und umfasst einen Elektromotor, ein Ausgangselement, einen ersten Antriebsmechanismus und einen zweiten Antriebsmechanismus. Das Ausgangselement ist mit dem Ausrückmechanismus verbunden und ist in einer Betätigungsrichtung bewegbar. Der erste Antriebsmechanismus ist konfiguriert für die Umwandlung der Drehung des Elektromotors in der einen Richtung in eine Bewegung des Ausgangselements in eine erste axiale Richtung. Der zweite Antriebsmechanismus hat eine Selbsthemmungsfunktion gegen eine Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus und ist konfiguriert für eine Umwandlung einer Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung in eine Bewegung des Ausgangselements in eine zweite axiale Richtung.
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Gemäß diesem Aktuator wird die Drehung des Elektromotors in der einen Richtung durch den ersten Antriebsmechanismus in die Bewegung des Ausgangselements in die erste axiale Richtung umgewandelt. Der Ausrückmechanismus wird angetrieben durch die Bewegung des Ausgangselements in die erste Richtung. Wird dagegen die Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus auf das Ausgangselement ausgeübt, wird die Rückantriebskraft auf den zweiten Antriebsmechanismus übertragen. Der zweite Antriebsmechanismus verfügt über eine Selbsthemmungsfunktion gegen die Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus. Die Bewegung des Ausgangselements in die zweite axiale Richtung wird somit verhindert, so dass das Element auf der Seite des Ausrückmechanismus blockiert wird. Ferner wird die Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung durch den zweiten Antriebsmechanismus in die Bewegung des Ausgangselements in die zweite axiale Richtung umgesetzt.
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Hier wird der Ausrückmechanismus bei einem Antrieb in die eine Richtung durch den ersten Antriebsmechanismus angetrieben, wohingegen der Ausrückmechanismus bei einem Antrieb in die andere Richtung durch den zweiten Antriebsmechanismus angetrieben wird, der über die Selbsthemmungsfunktion verfügt. Der erste Antriebsmechanismus kann daher aus einem Mechanismus mit einem guten Übertragungswirkungsgrad gebildet sein.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Aktuator gemäß dem ersten Aspekt, wobei der erste Antriebsmechanismus ein Kugelgewindemechanismus ist, der so konfiguriert ist, dass er das Ausgangselement durch die Drehung des Elektromotors in der einen Richtung in die erste axiale Richtung drückt.
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Der Kugelgewindemechanismus kann Kraft mit einem hohen Wirkungsgrad übertragen. Aus diesem Grund kann der Motor für den Antrieb des Ausrückmechanismus verkleinert werden.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Aktuator gemäß dem ersten und dem zweiten Aspekt, wobei der zweite Antriebsmechanismus ein Trapezgewindemechanismus ist, auf den die Rückantriebskraft von dem Ausgangselement übertragen wird und der konfiguriert ist für die Bewegung des Ausgangselements in die zweite Richtung, durch die Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung.
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Hier dient der Trapezgewindemechanismus als zweiter Antriebsmechanismus. Deshalb kann die Selbsthemmungsfunktion durch eine einfache Konstruktion implementiert werden.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Aktuator gemäß einem der Aspekte eins bis drei, wobei der Kugelgewindemechanismus eine erste Spindel, eine erste Mutter und eine Vielzahl von Kugeln aufweist. Die erste Spindel hat an ihrer äußeren Umfangsfläche ein Schraubengewinde und ist mit einer Ausgangswelle des Elektromotors verbunden. Die erste Mutter hat an ihrer inneren Umfangsfläche ein Schraubengewinde und ist für einen Kontakt mit dem Ausgangselement konfiguriert, um das Ausgangselement in die erste axiale Richtung zu bewegen, wenn der Elektromotor in der einen Richtung gedreht wird, wohingegen die Mutter von dem Ausgangselement getrennt wird, wenn der Elektromotor in der anderen Richtung gedreht wird. Die mehreren Kugeln sind an dem Schraubengewinde der ersten Spindel und dem Schraubengewinde der ersten Mutter angeordnet.
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Hier wird bei einer Drehung des Elektromotors in der einen Richtung die Kraft durch die mehreren Kugeln von der ersten Spindel auf die erste Mutter und weiter auf das Ausgangselement übertragen. Das Ausgangselement wird folglich in die erste axiale Richtung bewegt. Dagegen wird bei einer Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung die erste Mutter von dem Ausgangselement getrennt. Deshalb wird bei Ausübung der Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus auf das Ausgangselement die Rückantriebskraft nicht auf den Kugelgewindemechanismus übertragen.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Aktuator gemäß dem vierten Aspekt, wobei der Trapezgewindemechanismus eine zweite Spindel und eine zweite Mutter umfasst. Die zweite Spindel ist konfiguriert für eine Drehung durch die Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung. Die zweite Mutter ist auf die zweite Spindel aufgeschraubt und ist konfiguriert für eine Selbsthemmung mit der zweiten Spindel bei Empfang der Rückantriebskraft von dem Ausgangselement und für eine Bewegung zusammen mit dem Ausgangselement in die zweite axiale Richtung bei Empfang einer Antriebskraft von der zweiten Spindel.
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Hier wird bei Ausübung der Rückantriebskraft von der Seite des Ausrückmechanismus die Selbsthemmung zwischen der zweiten Mutter und der zweiten Spindel ausgelöst und das Element auf der Seite des Ausrückmechanismus blockiert. Wenn dagegen die Drehung des Elektromotors in der anderen Richtung auf die zweite Schraubenspindel übertragen wird, wird die zweite Mutter durch die Drehung der zweiten Spindel in die zweite axiale Richtung bewegt.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Aktuator gemäß dem fünften Aspekt, wobei die erste Spindel und die zweite Spindel parallel zueinander angeordnet sind. Ferner hat die erste Mutter einen vorspringenden Bereich, der in Richtung auf die zweite Spindel vorspringt. Die zweite Mutter ist in dem vorspringenden Bereich der ersten Mutter derart angeordnet, dass sie axial gleiten kann.
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Mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion lässt sich eine Drehung der ersten Mutter des Kugelgewindemechanismus ohne Verwendung spezieller Elemente oder Mechanismen verhindern.
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Ein Kupplungsaktuator gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist ein Aktuator für den Antrieb eines Ausrückmechanismus einer Kupplung und umfasst einen Elektromotor, ein Ausgangselement, einen Antriebsmechanismus und eine zweite Mutter. Das Ausgangselement ist mit dem Ausrückmechanismus verbunden und ist in einer Betätigungsrichtung des Ausrückmechanismus bewegbar. Der Antriebsmechanismus umfasst: eine Spindel, die für eine Drehung durch den Elektromotor konfiguriert ist; eine erste Mutter, die auf die Spindel aufgeschraubt und mit dem Ausgangselement verbunden ist. Die zweite Mutter ist auf die Spindel aufgeschraubt, kann mit dem Ausgangselement in Eingriff gebracht werden und hat eine Selbsthemmungsfunktion gegen eine Rückantriebskraft von dem Ausgangselement.
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Bei dem Aktuator wird die Drehung des Elektromotors durch den Antriebsmechanismus umgewandelt in die Bewegung des Ausgangselements. Der Ausrückmechanismus wird durch die Bewegung des Ausgangselements angetrieben. Wenn dagegen die Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus auf das Ausgangselement ausgeübt wird, wird die Rückantriebskraft auf die zweite Mutter übertragen. Die zweite Mutter hat eine Selbsthemmungsfunktion bezüglich der Spindel des Antriebsmechanismus. Deshalb wird die Bewegung der zweiten Mutter gegen die Rückantriebskraft von dem Ausgangselement verhindert und infolgedessen das Element auf der Seite des Ausrückmechanismus blockiert.
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Hier wird der Ausrückmechanismus bei seinem Antrieb durch den Antriebsmechanismus angetrieben, wohingegen die Selbsthemmung zwischen der zweiten Mutter und der Spindel ausgelöst wird, wenn die Rückantriebskraft von dem Ausrückmechanismus ausgeübt wird. Solchermaßen kann der Antriebsmechanismus durch einen Mechanismus mit einem guten Übertragungswirkungsgrad gebildet werden, zum Beispiel durch einen Kugelgewindemechanismus.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Wie vorstehend beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, den Wirkungsgrad eines Kupplungsaktuators für die Betätigung eines Ausrückmechanismus beim Antrieb des Ausrückmechanismus zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht der Konstruktion eines Kupplungsaktuators und eine Vorderansicht eines Kraftübertragungsmechanismus in einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Teilvergrößerung von 1;
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3 ist eine Teilvergrößerung von 1;
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4 ist eine schematische Darstellung des Kupplungsaktuators bei Übergang von dem deaktivierten Kupplungszustand in den aktivierten Kupplungszustand;
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5 ist ähnlich wie 1 eine schematische Darstellung einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist eine schematische Darstellung einer Relation zwischen einer Kontermutter und einem Ausgangselement in der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste beispielhafte Ausführungsform
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1 zeigt einen Kupplungsaktuator 1 und einen Ausrückmechanismus 2 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1(a) ist eine geschnittene Darstellung der Konstruktion des Aktuators 1, wohingegen 1(b) eine Vorderansicht eines Kraftübertragungsbereichs ist.
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Ein Mechanismus auf der Kupplungsseite verwendet eine Kupplungsvorrichtung allgemeiner Bauart, wenngleich dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Kurz ausgedrückt hat die Kupplungsvorrichtung eine Kupplungsabdeckungsanordnung und eine Kupplungsscheibenanordnung. Wenn kein Ausrückvorgang durchgeführt wird, wird eine Kupplungsscheibe durch eine Membranfeder an eine Reibfläche eines Schwungrads gedrückt und dadurch ein aktivierter Zustand der Kupplung hergestellt. Bei einer Betätigung des Ausrückmechanismus 2 durch den Aktuator 1, der in 1 dargestellt ist, wird eine Druckplatte der Kupplungsabdeckungsanordnung gegen die Druckkraft der Membranfeder von dem Schwungrad abgerückt, wodurch ein deaktivierter Zustand der Kupplung hergestellt wird.
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[Gesamtkonstruktion]
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Dieser Aktuator 1 enthält einen Elektromotor (im Folgenden einfach als ”Motor” bezeichnet) 3, einen Kraftübertragungsmechanismus 4, einen Kugelgewindemechanismus 5 als ersten Antriebsmechanismus und einen Trapezgewindemechanismus 6 als zweiten Antriebsmechanismus und ein Ausgangselement 7.
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Der Motor 3 ist an einem Stützbock 10 befestigt. Wie 2 zeigt, ist eine Drehwelle 3a des Motors 3 über ein Lager 11 durch den Stützbock 10 drehbar gelagert.
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[Kraftübertragungsmechanismus]
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Wie die 1 und 2 zeigen, enthält der Kraftübertragungsmechanismus 4 ein erstes Zahnrad 13, ein zweites Zahnrad 14, eine Phasenschaltplatte 15 und einen Phasenschaltbolzen 16.
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Das erste Zahnrad 13 hat: einen Zahnradbereich 13a, der in einer Scheibenform ausgebildet ist; und einen Nabenbereich 13b, der von dem Zahnradbereich 13a in Richtung auf den Motor 3 vorspringt. Der Nabenbereich 13b ist über ein Lager 18 durch den Stützbock 10 drehbar gestützt. Ferner hat das erste Zahnrad 13 eine Öffnung 13c, die den zentralen Bereich des Zahnrads axial durchgreift. Die Ausgangswelle 3a des Motors 3 ist in einen Endbereich der Öffnung 13c eingesetzt, wodurch die Ausgangswelle 3a mit dem ersten Zahnrad 13 verbunden ist und sich relativ zu dem ersten Zahnrad 13 nicht drehen kann.
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Das zweite Zahnrad 14 hat: einen Zahnradbereich 14a, der in einer Scheibenform ausgebildet ist; und einen Nabenbereich 14b, der von dem Zahnradbereich 14a in Richtung auf den Motor 3 vorspringt. Der Nabenbereich 14b ist über zwei Lager 19 und 20 durch den Stützbock 10 drehbar gestützt. Ferner hat das zweite Zahnrad 14 eine Öffnung 14c, die den zentralen Bereich des Zahnrads axial durchgreift.
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Wie in 1(b) dargestellt ist, ist die Phasenschaltplatte 15 konzentrisch zu dem zweiten Zahnrad 14 angeordnet. Diese Phasenschaltplatte 15 hat einen Scheibenbereich 15a, der an der inneren Umfangsseite gebildet ist, und einen halbkreisförmigen Bereich 15b, der an der äußeren Peripherie des Scheibenbereichs 15a gebildet ist. Eine Durchgangsöffnung 15c (siehe 2) ist in dem zentralen Bereich des Scheibenbereichs 15a gebohrt und durchgreift letzteren axial. Ferner sind an beiden Umfangsenden des halbkreisförmigen Bereichs 15b eine erste Endfläche 15d und eine zweite Endfläche 15e gebildet, für einen Kontakt mit dem Phasenschaltbolzen 16.
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Der Phasenschaltbolzen 16 ist an der auf der Seite des Ausgangselements 7 gelegenen Seitenfläche des zweiten Zahnrads 14 befestigt und springt in Richtung auf die Phasenschaltplatte 15 vor. Wie vorstehend beschrieben, kann der Phasenschaltbolzen 16 mit der umfangsseitigen Endfläche 15d, 15e des halbkreisförmigen Bereichs 15b der Phasenschaltplatte 15 in Kontakt gebracht werden.
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[Kugelgewindemechanismus]
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Der Kugelgewindemechanismus 5 umfasst eine Kugelgewindespindel (erste Spindel) 21, eine Kugelgewindemutter (erste Mutter) 22 und eine Vielzahl von Kugeln 23.
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Die Kugelgewindespindel 21 hat an ihrer äußeren Umfangsfläche ein Schraubengewinde. Ferner ist ein Ende der Kugelgewindespindel 21 in die Durchgangsöffnung 13c des ersten Zahnrads 13 eingesetzt. Dadurch ist die Kugelgewindespindel 21 mit dem ersten Zahnrad 13 verbunden, wobei sich die Kugelgewindespindel relativ zu dem ersten Zahnrad nicht drehen kann. Mit anderen Worten: die Kugelgewindespindel 21 ist über das erste Zahnrad 13 mit dem Motor 3 verbunden, und die Kugelgewindespindel 21 und das erste Zahnrad 13 sind derart konfiguriert, dass sie in Synchronisation mit der Drehung des Motors 3 gedreht werden.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat die Kugelgewindemutter 22: einen Schraubenbereich 22a, durch dessen Inneres die Kugelgewindespindel 21 eingesetzt ist; und einen vorspringenden Bereich 22b, der so angeordnet ist, dass er von dem Schraubenbereich 22a seitwärts, d. h. in Richtung auf den Trapezgewindemechanismus 5 vorspringt. Ein wendelförmiges Schraubengewinde ist an der inneren Umfangsfläche der Schraubenbereichs 22a gebildet. Eine Durchgangsöffnung 22c ist in den vorspringenden Bereich 22b gebohrt und durchgreift diesen axial.
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Die mehreren Kugeln 23, sind an dem Schraubengewinde, das an der Kugelgewindespindel 21 gebildet ist, und an jenem, das an der Kugelgewindemutter 22 gebildet ist, so angeordnet, dass sie rollen können.
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[Trapezgewindemechanismus]
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Der Trapezgewindemechanismus 6 hat eine Trapezgewindespindel (zweite Spindel) 26 und eine Trapezgewindemutter (zweite Mutter) 27.
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Die Trapezgewindespindel 26 hat an ihrer äußeren Umfangsfläche ein Schraubengewinde mit einem trapezförmigen Querschnitt. Die Trapezgewindespindel 26 ist über eine Hülse 28 durch das zweite Zahnrad 14 drehbar gestützt, wobei ein Ende der Trapezgewindespindel 26 in die Durchgangsöffnung 14c des zweiten Zahnrads 14 eingesetzt ist. Ferner ist der eine endseitige Bereich der Trapezgewindespindel 26 durch die Durchgangsöffnung 15c der Phasenschaltplatte 15 eingesetzt. Dadurch ist die Trapezgewindespindel 26 an der Phasenschaltplatte 15 befestigt, wobei sich die Trapezgewindespindel relativ zur Phasenschaltplatte nicht drehen kann. Mit anderen Worten: die Trapezgewindespindel 26 ist relativ zu dem zweiten Zahnrad 14 drehbar, wobei die Drehung in Synchronisation mit der Phasenschaltplatte 15 erfolgt.
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Die Trapezgewindemutter 27 ist auf die Trapezgewindespindel 26 aufgeschraubt. Diese Trapezgewindemutter 27 ist in die Durchgangsöffnung 22c eingesetzt, die in den vorspringenden Bereich 22b der Kugelgewindemutter 22 gebohrt ist, und kann sich drehen und axial bewegen.
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Wenn bei vorstehend beschriebenem Trapezgewindemechanismus 6 von der Seite der Trapezgewindemutter 27 eine Kraft ausgeübt wird, ist die Trapezgewindemutter 27 selbsthemmend und wird bezüglich der Trapezgewindespindel 26 nicht gedreht. Wenn im Gegensatz dazu von der Trapezgewindespindel 26 eine Kraft auf die Trapezgewindemutter 27 ausgeübt wird, wird letztere axial bewegt und bezüglich der Trapezgewindespindel 26 gedreht.
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[Ausgangselement]
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Das Ausgangselement 7 ist ein blockförmiges Element. Wie in 3 dargestellt ist, hat das Ausgangselement 7 einen ersten ausgesparten Bereich 7a und einen zweiten ausgesparten Bereich 7b. Eine erste Endfläche 7c auf der Seite des Motors 2, d. h. eine Endfläche des Bereichs, in dem der erste ausgesparte Bereich 7a gebildet ist, und eine zweite Endfläche 7d auf der Seite des Motors 2, d. h. eine Endfläche des Bereichs, in dem der zweite ausgesparte Bereich 7b gebildet ist, sind in axial versetzten Positionen gebildet, wodurch die erste Endfläche 7c näher an dem Motor 3 liegt als die zweite Endfläche 7d. Wie 1 zeigt, ist ferner auf der Seite des ersten ausgesparten Bereichs 7a, die auf der Seite des Ausrückmechanismus 2 liegt, ein Verbindungsbereich 7e gebildet, mit dem ein eine Ausrückgabel 29 bildender Bereich des Ausrückmechanismus 2 drehbar verbunden ist.
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Wie 3 zeigt, sind die Kugelgewindespindel 21 und die Kugelgewindemutter 22 zum Teil in den ersten ausgesparten Bereich 71 eingesetzt. Eine Endefläche 22d der Kugelgewindemutter 22 kann mit der ersten Endfläche 7c auf der Seite des ersten ausgesparten Bereichs 7a in Kontakt gebracht werden. Zum anderen ist die Trapezgewindespindel 26 in den zweiten ausgesparten Bereich 7b eingesetzt. Eine Endfläche 27a der Trapezgewindemutter 27 kann mit der Endfläche 7d auf der Seite des zweiten ausgesparten Bereichs 7b in Kontakt gebracht werden.
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[Funktionsweise]
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<Ablauf beim Schalten der Kupplung von dem aktivierten in den deaktivierten Zustand (Ausrücken)>
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Um den deaktivierten Zustand der Kupplung herzustellen (wenn die Kraftübertragung blockiert wird), muss die Ausrückgabel 29 des Ausrückmechanismus 2 in eine Richtung R1 in 1 gedreht werden. In diesem Fall dreht der Motor 3 in einer ersten Richtung. Die Drehung des Motors 3 wird über das erste Zahnrad 13 auf die Kugelgewindespindel 21 des Kugelgewindemechanismus 5 übertragen. Die Drehung der Kugelgewindespindel 21 wird über die Kugeln 23 auf die Kugelgewindemutter 22 übertragen. Die Drehung der Kugelgewindemutter 22 wird durch die Trapezgewindemutter 27 verhindert, die in dem vorspringenden Bereich 22c angeordnet ist. Aus diesem Grund wird die Drehung der Kugelgewindespindel 21 in eine axiale Bewegung der Kugelgewindemutter 22 in A-Richtung in 1 umgewandelt. Dementsprechend gelangt die erste Endfläche 22d der Kugelgewindemutter 22 mit der ersten Endfläche 7c des Ausgangselements 7 in Kontakt, und das Ausgangselement 7 wird in die A-Richtung bewegt. Die Ausrückgabel 29 wird dadurch in die R1-Richtung in 1 gedreht und die Kupplungsvorrichtung in den deaktivierten Zustand überführt.
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Auf der anderen Seite wird die Drehung des ersten Zahnrads 13 auf das zweite Zahnrad 14 übertragen. In 1 wird das erste Zahnrad 13 in Uhrzeigerrichtung gedreht, wohingegen das zweite Zahnrad 14 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird. Aus diesem Grund wird der Phasenschaltbolzen 16 ähnlich revolviert. Die Phasenschaltplatte 15 jedoch wird nicht in einem Winkelbereich eines Freilaufs gedreht, d. h. in einem Winkelbereich von dem Lösen des Phasenschaltbolzens 16 von der ersten Endfläche 15d der Phasenschaltplatte 15 bis zu dem Kontakt des Phasenschaltbolzens 16 mit der zweiten Endfläche 15e der Phasenschaltplatte 15. Mit anderen Worten: die Trapezgewindespindel 26 wird nicht gedreht. Wie vorstehend beschrieben, wird die Kugelgewindemutter 22 in diesem Freilaufwinkelbereich in die A-Richtung bewegt und mit der ersten Endfläche 7c des Ausgangselements 7 in Kontakt gebracht. Die Trapezgewindespindel 26 hingegen wird nicht gedreht, weshalb die Trapezgewindemutter 27 nicht die in A-Richtung bewegt wird.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird durch eine Phasendifferenz zwischen den Betätigungen der jeweiligen Gewindemechanismen 5 und 6 wie vorstehend beschrieben ein vorgegebener Spielraum G1 zwischen der Endfläche 27a der Trapezgewindemutter 27 und der zweiten Endfläche 7d des Ausgangselements 7 gebildet. Dieser Spielraum G1 bleibt während der Drehung des Motors 3 in der ersten Richtung bestehen. Deshalb erfolgt keine Kraftübertragung von dem Trapezschraubenmechanismus 6 auf das Ausgangselement 7.
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<Ablauf beim Stoppen des Motors>
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Im deaktivierten Zustand der Kupplung wird der Antrieb des Motors 3 gestoppt. Mit anderen Worten: die Stromzufuhr zu dem Motor 3 wird eingestellt.
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Im deaktivierten Zustand der Kupplung, wie vorstehend beschrieben, wirkt eine elastische Kraft F (siehe 1) der einen Teil der Kupplungsvorrichtung bildenden Membranfeder in einer B-Richtung in 1 auf das Ausgangselement 7. Mit anderen Worten: auf das Ausgangselement 7 wirkt eine zur vorgenannten Antriebkraft entgegengesetzt gerichtete Antriebskraft.
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Durch diese Rückantriebskraft wird das Ausgangselement 7 in die B-Richtung gedrückt, und die Kugelgewindemutter 22 wird ebenfalls in die B-Richtung gedrückt. Dementsprechend werden die Kugelgewindespindel 21 und das erste Zahnrad 13 in einer zur vorgenannten Richtung umgekehrten Richtung gedreht (wobei zu beachten ist, dass das Zahnrad 13 in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht wird). Dadurch wird der Phasenschaltbolzen 16 von der zweiten Endfläche 15e der Phasenschaltplatte 15 wegbewegt.
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Das Ausgangselement 7 wiederum wird in die B-Richtung bewegt, wodurch die zweite Endfläche 7d des Ausgangselements 7 mit der Endfläche 27a der Trapezgewindemutter 27 in Kontakt gebracht wird. Wegen der Selbsthemmungsfunktion des Trapezgewindemechanismus 6 wird die Trapezgewindemutter 27 jedoch nicht gedreht. Mit anderen Worten: weder die Trapezgewindespindel 26 noch die an derselben befestigte Phasenschaltplatte 15 werden gedreht. Dadurch wird der von der zweiten Endfläche 15e der Phasenschaltplatte 15 wegbewegte Phasenschaltbolzen 16 in einer Position zwischen der zweiten Endfläche 15e und der ersten Endfläche 15d gestoppt.
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<Ablauf beim Schalten der Kupplung von dem deaktivierten in den aktivierten Zustand>
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Wenn der aktivierte Zustand der Kupplung hergestellt wird, muss die Ausrückgabel 29 des Ausrückmechanismus 2 in eine R2-Richtung in 1 gedreht werden. In diesem Fall wird der Motor 3 in einer zweiten Richtung gedreht, wodurch das erste Zahnrad 13 in Gegenuhrzeigerrichtung, das zweite Zahnrad 14 hingegen in Uhrzeigerrichtung gedreht wird.
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Wie vorstehend beschrieben, befindet sich der Phasenschaltbolzen 16 in einer Position zwischen der zweiten Endfläche 15e und der ersten Endfläche 15d der Phasenschaltplatte 15, wenn bei gestopptem Motor 3 die Selbsthemmungsfunktion aktiviert ist.
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Wenn das zweite Zahnrad 14 in vorstehend beschriebenem Zustand in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, wird die Kugelgewindemutter 22 in Verbindung mit der Drehung der Kugelgewindespindel 21 in die B-Richtung gedreht, während sich der Phasenschaltbolzen 16 aus seiner gestoppten Position in die Kontaktposition mit der ersten Endfläche 15d der Phasenschaltplatte 15 bewegt. Der Trapezgewindemechanismus 5 wird in der Zwischenzeit nicht betätigt. Deshalb entsteht, wie in 4 dargestellt ist, zwischen der Endfläche 22d der Kugelgewindemutter 22 und der ersten Endfläche 7c des Ausgangselements 7 ein Spielraum G2.
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Wenn das zweite Zahnrad 14 anschließend in Uhrzeigerrichtung gedreht wird und der Phasenschaltbolzen 16 mit der ersten Endfläche 15d der Phasenschaltplatte 15 in Kontakt gebracht wird, beaufschlagt der Phasenschaltbolzen 16 die erste Endfläche 15d der Phasenschaltplatte 15 mit Druck, so dass die Phasenschaltplatte 15 und die Trapezgewindespindel 26 dadurch in dieselbe Richtung gedreht werden. Dementsprechend wird durch die Druckkraft, die von dem Ausrückmechanismus 2 ausgeübt wird, die Trapezgewindemutter 27 in die B-Richtung bewegt, und auch das Ausgangselement 7 wird in die B-Richtung bewegt. Folglich wird die Druckplatte in der Kupplungsvorrichtung durch die Membranfeder in Richtung auf das Schwungrad gedrückt, wodurch die Kupplung im aktivierten Zustand eingerückt wird.
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[Merkmale]
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- (1) Der Kugelgewindemechanismus 5 wird als Antriebsmechanismus zum Herstellen eines aktivierten Zustands einer Kupplung verwendet, wodurch eine wirksame Übertragung der Antriebskraft möglich ist. Dadurch kann der Motor kleiner bemessen werden.
- (2) Die Selbsthemmungsfunktion wird durch den Trapezgewindemechanismus 6 implementiert. Die Konstruktion des Mechanismus für die Selbsthemmung kann daher entsprechend einfach sein.
- (3) Die Drehung der Kugelgewindemutter 22 lässt sich mit einer einfachen Konstruktion verhindern.
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Zweite beispielhafte Ausführungsform
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5 zeigt einen Aktuator gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Dieser Aktuator 51 hat ein rohrförmiges Gehäuse 52, einen Elektromotor 53, einen Antriebsmechanismus 54, eine Kontermutter 55 und ein Ausgangselement 56.
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Der Motor 53 ist an der Seitenfläche eines Endbereichs des Gehäuses 52 befestigt. Eine Drehwelle 53a des Motors 53 ist über ein Lager 60 durch das Gehäuse 52 drehbar gelagert.
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[Antriebsmechanismus]
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Der Antriebsmechanismus 54 ist in dem Gehäuse 52 aufgenommen und hat eine Kugelgewindespindel 61, eine Kugelgewindemutter 62 und eine Vielzahl von Kugeln 63.
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Die Kugelgewindespindel 61 hat an ihrer äußeren Umfangsfläche ein wendelförmiges Schraubengewinde. Ferner ist ein Ende der Kugelgewindespindel 61 über ein Gelenk 61 mit der Drehwelle 53a des Motors 53 verbunden. Das Gelenk 61 ist über ein Lager 65 durch das Gehäuse 52 drehbar gestützt.
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An der inneren Umfangsfläche der Kugelgewindemutter 62 ist ein wendelförmiges Schraubengewinde gebildet, und die Kugelgewindespindel 61 ist durch das Innere der Kugelgewindemutter 62 eingesetzt. Ferner hat die Kugelgewindemutter 62 eine Keilwelle 62a, die an einem Endbereich ihrer äußeren Umfangsfläche gebildet ist.
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Die mehreren Kugeln 63 sind an dem Schraubengewinde, das an der Kugelgewindespindel 61 gebildet ist, und an jenem, das an der Kugelgewindemutter 62 gebildet, derart angeordnet, dass sie rollen können.
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[Kontermutter]
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Die Kontermutter 55 ist auf der Seite der Kugelgewindemutter 62, die auf der Seite des Ausrückmechanismus liegt, auf die Kugelgewindespindel 61 aufgeschraubt. Diese Kontermutter 55 hat bezüglich der Kugelgewindespindel 61 eine Selbsthemmungsfunktion. Wenn von der Seite der Kontermutter 55 eine Kraft ausgeübt wird, setzt die Selbsthemmung der Kontermutter 55 ein, ohne dass diese bezüglich der Kugelgewindespindel 61 gedreht wird.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist an der äußeren Umfangsfläche der Kontermutter 55 ein Paar von Drehsicherungsbereichen 55a und 55b gebildet, die radial nach außen vorspringen. Es ist zu beachten, dass 6 eine Vorderansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Kontermutter 55 und dem Ausgangselement 56 zeigt.
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[Ausgangselement]
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Das Ausgangselement 56 ist ein Element, das sich in einer Richtung entlang der Achse der Kugelgewindespindel 61 erstreckt und das einen auf der Seite des Motors 53 gebildeten rohrförmigen Bereich 68 und einen Verbindungsbereich 69 hat, der auf der Seite des Ausrückmechanismus 2 des rohrförmigen Bereichs 68 gebildet ist.
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In dem rohrförmigen Bereich 68 sind die Kugelgewindespindel 61, die Kugelgewindemutter 62 und die Kontermutter 55 aufgenommen. Eine Keilöffnung 68a ist an dem auf der Seite des Motors 53 liegenden Endbereich des rohrförmigen Bereichs 68 gebildet, und die Keilwelle 62a der Kugelgewindemutter 62 ist in diese Keilöffnung 68a eingesetzt. Ferner ist in dem auf der Seite des Motors 53 liegenden Bereich des rohrförmigen Bereichs 68 ein Schlitz 68b gebildet, der diesen Bereich radial durchgreift. Das Paar von Drehsicherungsbereichen 55a und 55b der Kontermutter 55 ist in diesen Schlitz 68b derart eingesetzt, das es sich in einem vorgegebenen Winkelbereich drehen kann.
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Es ist zu beachten, das an der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Bereichs 68 entlang der axialen Richtung eine Nut 68c gebildet ist und dass eine ähnliche Nut 52a in einem Bereich des Gehäuses 52 gebildet ist, derart, dass diese mit der Nut 68c übereinstimmt. In diese Nuten 68c und 52a ist ein Stab 70 eingesetzt. Das Ausgangselement 56 wird dementsprechend durch das Gehäuse 52 gestützt und kann sich dabei bezüglich des Gehäuses axial bewegen, jedoch relativ zu dem Gehäuse nicht drehen.
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Ferner ist in dem Ausgangselement 56 ein Bund 74 angeordnet. Dieser Bund 74 kann sich an die Seitenfläche der Kontermutter 55 anlegen oder von der Seitenfläche der Kontermutter abrücken.
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Die Ausrückgabel 29, die einen Teil des Ausrückmechanismus 2 bildet, ist an ihrem einen Ende mit dem Verbindungsbereich 69 drehbar verbunden.
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[Funktionsweise]
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<Ablauf beim Schalten der Kupplung von dem aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand (Ausrücken)>
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Wenn der deaktivierte Zustand der Kupplung hergestellt wird (Blockieren der Kraftübertragung), muss die Ausrückgabel 29 des Ausrückmechanismus 2 in eine R1-Richtung in 1 gedreht werden. In diesem Fall wird der Motor 53 in der ersten Richtung gedreht. Die Drehung des Motors 53 wird durch das Gelenk 64 auf die Kugelgewindespindel 61 übertragen. Die Drehung der Kugelgewindespindel 61 wird über die Kugeln 63 auf die Kugelgewindemutter 62 übertragen. Das Ausgangselement 56 wird durch die Keilverbindung mit der Kugelgewindemutter 62 verbunden, weshalb die Drehung der Kugelgewindespindel 61 in eine axiale Bewegung der Kugelgewindemutter 62 und des Ausgangselements 56 in die A-Richtung in 5 umgewandelt wird. Die Ausrückgabel 29 wird dementsprechend in die R1-Richtung in 5 gedreht und die Kupplungsvorrichtung in den deaktivierten Zustand geschaltet.
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In dem vorgenannten Zustand wird der Drehsicherungsbereich 55b der Kontermutter 55 mit einer Endfläche B (siehe 6) des Schlitzes 68b in Kontakt gebracht. In diesem Fall entsteht zwischen der Kontermutter 55 und dem Bund 74 ein Spielraum.
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<Ablauf beim Stoppen des Motors>
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Im deaktivierten Zustand der Kupplung wird der Motor 53 angehalten. Mit anderen Worten: die Stromzufuhr zu dem Motor 53 wird eingestellt.
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Im deaktivierten Zustand der Kupplung wirkt ähnlich wie in der vorhergehenden beispielhaften Ausführungsform die elastische Kraft der Membranfeder, die Teil der Kupplungsvorrichtung ist, in einer B-Richtung in 5 auf das Ausgangselement 56. Das Ausgangselement 56 und die Kugelgewindemutter 62 werden dadurch in B-Richtung bewegt. Dementsprechend wird der Bund 74 mit der Endfläche der Kontermutter 55 in Kontakt gebracht; der Drehsicherungsbereich 55b der Kontermutter 55 wird in eine A-Position in 6 bewegt, wodurch die Kraft auf die Kontermutter 55 übertragen wird.
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In einem solchen Zustand, d. h. wenn von der Kontermutter 55 eine Rückantriebskraft auf die Kugelgewindespindel 61 ausgeübt wird, wird die Drehung der Kontermutter 55 durch die Selbsthemmungsfunktion gestoppt, weshalb die B-Richtungsbewegung des Ausgangselements 56 gestoppt wird.
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<Ablauf beim Schalten von dem deaktivierten Zustand der Kupplung in den aktivierten Zustand der Kupplung>
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Wenn der aktivierte Zustand der Kupplung hergestellt wird, muss die Ausrückgabel 29 des Ausrückmechanismus 2 in eine R2-Richtung in 5 gedreht werden. In diesem Fall wird der Motor 53 in der zweiten Richtung gedreht. Die Kugelgewindespindel 61 wird dadurch in die zur vorgenannten Richtung umgekehrten Richtung gedreht und die Drehung in die B-Richtungsbewegung der Kugelgewindemutter 62 und des Ausgangselements 56 umgewandelt. Die Druckplatte in der Kupplungsvorrichtung wird daher durch die Membranfeder in Richtung auf das Schwungrad gedrückt, was dazu führt, dass die Kupplung im aktivierten Zustand eingerückt wird.
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In dem vorgenannten Zustand wird der Drehsicherungsbereich 55b der Kontermutter 55 mit einer Endfläche C (siehe 6) des Schlitzes 68b in Kontakt gebracht. In diesem Fall wird zwischen der Kontermutter 55 und dem Bund 74 ein Spielraum gebildet.
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[Weitere beispielhafte Ausführungsformen]
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Vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens eine Vielfalt von Änderungen oder Modifikationen.
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In den vorstehenden beispielhaften Ausführungsformen wurde als erster Antriebsmechanismus oder als Antriebsmechanismus der Kugelgewindemechanismus verwendet. Vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann in ähnlicher Weise ein Planetenrollengewindemechanismus verwendet werden.
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Ferner ist der Mechanismus für die Selbsthemmung nicht auf den Trapezgewindemechanismus beschränkt. Wahlweise kann eine andere Form eines Gewindemechanismus in ähnlicher Weise verwendet werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Der Kupplungsaktuator gemäß vorliegender Erfindung ermöglicht eine Verbesserung des Wirkungsgrads eines Kupplungsaktuators für die Betätigung eines Ausrückmechanismus beim Antrieb des Ausrückmechanismus.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 51
- Aktuator
- 2
- Ausrückmechanismus
- 3, 53
- Motor
- 5
- Kugelgewindemechanismus
- 6
- Trapezgewindemechanismus
- 7, 56
- Ausgangselement
- 21, 61
- Kugelgewindespindel (erste Spindel)
- 22, 62
- Kugelgewindemutter (erste Mutter)
- 23, 63
- Kugel
- 26
- Trapezgewindespindel (zweite Spindel)
- 27
- Trapezgewindemutter (zweite Mutter)
- 55
- Kontermutter
