DE112014004577T5

DE112014004577T5 - Aktuator für ein Übertragungssystem

Info

Publication number: DE112014004577T5
Application number: DE112014004577.2T
Authority: DE
Inventors: Hervé Maurel
Original assignee: Valeo Embrayages SAS
Current assignee: Valeo Embrayages SAS
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-07-07
Also published as: WO2015049437A3; FR3011301B1; CN105593554A; WO2015049437A2; FR3011301A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (3) für ein Übertragungssystem (4), umfassend: einen Elektromotor (12), umfassend einen Rotor (14) und einen Stator (15), wobei der Rotor (14) mit einer Antriebsfläche (16) verbunden und um eine Drehachse (X) beweglich ist, eine Vielzahl von Planetenrollen (17), die eine Fläche (18) aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, mit der Antriebsfläche (16) zusammenzuwirken, um von der besagten Fläche (16) zumindest in Drehung um die besagte Achse (X) angetrieben zu werden, und einen Anschlag (20) für das Übertragungssystem (4), umfassend: eine angetriebene Fläche (21), die dazu ausgebildet ist, mit der Fläche (18) der Planetenrollen (17) zusammenzuwirken, und eine Auflagefläche (22), die dazu ausgebildet ist, am Übertragungssystem (4) aufzuliegen, wobei die Auflagefläche (22) in Bezug zur angetriebenen Fläche (21) beweglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für ein Übertragungssystem.
Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein automatisches Übertragungssystems eines Fahrzeugs.
Ein solches Übertragungssystem kann es ermöglichen, ein Element des Übertragungssystems zu verschieben, um den Zustand des Übertragungssystems zu ändern.
Aus der Patentanmeldung WO 99/64756 ist ein elektrischer Kupplungsaktuator vom Typ Schraube/Mutter bekannt, wobei ein von einem Rotor getragenes Gewindeteil mit einem weiteren Gewindeteil gleitet, das mit einem Anschlag verbunden ist, dessen Verschiebung die Änderung des Zustands der Kupplung ermöglicht. Eine solche Lösung hat mehrere Nachteile. Da der Schraube/Mutter-Typ eine geringe Leistung hat, ist ein Motor mit starker Leistung für den Aktuator notwendig, um eine zufriedenstellende Verschiebung des Anschlags zu gewährleisten. Ferner ist diese Leistung auf Grund ihres geringen Werts empfindlich für die Temperatur, die Feuchtigkeit, die Verschlechterung der Kontaktflächen und die Verschlechterung der Schmierung in dem Aktuator im Laufe der Zeit. Schließlich ist der Schraube/Mutter-Typ irreversibel, was Probleme im Hinblick auf die Sicherheit mit sich bringen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktuator für ein Übertragungssystem zu liefern, der die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Dies gelingt ihr nach einem ihrer Aspekte mit Hilfe eines Aktuators für ein Übertragungssystem, umfassend:

– einen Elektromotor, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor mit einer Antriebsfläche verbunden und um eine Drehachse beweglich ist,
– eine Vielzahl von Planetenrollen, die eine Fläche aufweisen, die dazu vorgesehen ist, mit der Antriebsfläche zusammenzuwirken, um von der besagten Fläche zumindest rotatorisch um die Achse angetrieben zu werden, und
– einen Anschlag für das Übertragungssystem, umfassend:
– eine angetriebene Fläche, die dazu vorgesehen ist, mit der Fläche der Planetenrollen zusammenzuwirken, und
– eine Auflagefläche, die dazu vorgesehen ist, am Übertragungssystem aufzuliegen, wobei die Auflagefläche in Bezug zur angetriebenen Fläche beweglich ist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verschiebung des Anschlags auf Grund der Drehung des Elektromotors unter Eingriff dazwischen liegender Planetenrollen. Ein solcher Aktuator, der auf diese Weise einen Planetenrollengewindetrieb einsetzt, hat eine höhere Leistung als die Systeme vom Typ Schraube/Mutter auf Grund des Rollens der Rollen auf der Antriebsfläche und auf der angetriebenen Fläche.
Ein derartiger Aktuator kann überdies ein höheres Untersetzungsverhältnis aufweisen, als das Untersetzungsverhältnis, welches ein Aktuator aufweist, der Kugelgewindespindeln einsetzt.
Bei einem solchen Aktuator kann die Hub-Dreh-Transformation der Bewegung zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Anschlag drei unterschiedliche bewegliche Teile involvieren, nämlich das Teil, welches die Antriebsfläche definiert, das virtuelle Teil, welches von der Gesamtheit der Planetenrollen gebildet ist, und das Teil, welches die angetriebene Fläche definiert.
Der Einsatz von Planetenrollen, deren Außenfläche Rillen aufweist, kann es im Vergleich mit dem Einsatz von Standardrollen, deren Außenfläche ein Gewinde aufweist, ermöglichen, den Zusammenbau der verschiedenen Elemente des Aktuators zu vereinfachen. Auf Grund dieser Gewinde ist nämlich eine Synchronisierung der Standardrollen beispielsweise mit Hilfe von Getrieben erforderlich, was nicht der Fall ist, wenn Planetenrollen verwendet werden.
Der Anschlag kann ein Antirotationssystem aufweisen, so dass die Bewegung des Rotors, die von den Planetenrollen übertragen wird, den Anschlag nur in Translation entlang der Drehachse des Rotors verschiebt. Dieses Antirotationssystem bildet insbesondere eine Gleitverbindung mit einem Gehäuse des Aktuators, beispielsweise mit Hilfe von axialen Nuten.
Die Auflagefläche des Anschlags kann axial und/oder radial in Bezug zur angetriebenen Fläche des Anschlags beweglich sein. Im Sinne der vorliegenden Anmeldung bedeutet „radial” „in einer Ebene senkrecht auf die Drehachse des Elektromotors und in eine diese Achse schneidende Richtung”, und „axial” bedeutet „parallel zur Drehachse des Elektromotors”.
Der Anschlag kann eine Mutter, mindestens ein Druckelement entlang der Drehachse des Rotors und ein Endteil umfassen. Die angetriebene Fläche wird dabei von der Mutter getragen, und die Auflagefläche wird von dem Endteil getragen. Das Druckelement kann eine Axialverschiebung der Auflagefläche in Bezug zur angetriebenen Fläche ermöglichen. Das Druckelement kann eine Funktion der Vorspannung des Anschlags erfüllen, umfassend beispielsweise ein elastisches Rückstellelement.
Das elastische Rückstellelement ist beispielsweise eine Feder oder eine elastische Scheibe, und eine Scheibe kann in Serie mit dem Rückstellelement montiert sein. Die so ausgeführte Vorspannung ermöglicht es beispielsweise, eine axiale Mindestkraft auf den Rollen des Aktuators und auf den Elementen dieses letztgenannten aufrechtzuerhalten, welche von der Drehung des Elektromotors an die Verschiebung des Anschlags ermöglichen, wenn das Übertragungssystem diesseits seiner Ruhestellung betätigt wird.
Die Mutter kann einstückig sein oder nicht. Gegebenenfalls ist das Antirotationssystem von einem Teil der Mutter gebildet.
Der Anschlag kann ein Lager umfassen. Dieses Lager kann einerseits mit dem Endteil und andererseits mit einem von der Mutter getrennten Stützteil zusammenwirken. Das Stützteil ist beispielsweise mit der Scheibe verbunden, auf der das Rückstellelement aufliegt, das die Funktion der Vorspannung gewährleistet.
Der Anschlag kann ein Selbstzentrierungsmittel umfassen. Dieses Selbstzentrierungsmittel kann es ermöglichen, einen Koaxialitätsfehler zwischen der Drehachse des Übertragungssystems und der Rollachse des Lagers des Anschlags zu korrigieren.
Das Selbstzentrierungsmittel kann eine konische Scheibe umfassen, wobei diese Scheibe dazu vorgesehen ist, das Lager des Anschlags axial an das Stützteil bei der Axialverschiebung dieses letztgenannten anzulegen, wobei es dem Lager möglich ist, sich radial zu verschieben.
Der Anschlag kann sich im Wesentlichen um eine Achse erstrecken, und diese Achse kann der Drehachse des Elektromotors entsprechen. Diese Achse kann auch der Achse entsprechen, um die sich die Planetenrollen bewegen.
Wenn die Drehachse des Elektromotors, die Achse des Anschlags und die Achse, um die sich die Planetenrollen bewegen, zusammenfallen, heißt es in der Folge, dass der Aktuator konzentrisch ist. In einem solchen Fall wird diese einzige Achse „Achse des Aktuators” genannt.
Diese Achse kann sich in einem Hohlraum des Aktuators befinden. Der Hohlraum kann durchgehend sein und in diesem Fall axial beiderseits des Aktuators münden. Der Aktuator kann nun als „hohl” bezeichnet werden.
Der Hohlraum kann es ermöglichen, eine oder mehrere Übertragungswellen des Übertragungssystems aufzunehmen, wenn der Aktuator und dieses System zusammengebaut sind. Auf diese Weise kann der radiale Platzbedarf der Einheit, umfassend den Aktuator und das Übertragungssystem, verringert werden. Der Elektromotor ist beispielsweise mit einem inneren Rotor ausgeführt, wobei der Rotor in diesem Fall hohl ist.
Der Elektromotor ist beispielsweise ein Synchronmotor mit einem Rotor mit Permanentmagneten oder mit einem gewickeltem Rotor. Als Variante kann es sich um einen Asynchronmotor oder einen Gleichstrommotor handeln.
Der Elektromotor kann eine Nominalleistung zwischen 100 W und 500 W aufweisen.
Der Aktuator kann ein Lager umfassen, das zugleich sowohl die Drehführung des Rotors um die Achse als auch die Aufnahme der entlang der Achse vom Übertragungssystem auf den Anschlag ausgeübten Kräfte gewährleistet. Ein einziges Lager kann somit diese Funktionen einer Drehführung des Rotors und einer Aufnahme der Axialkräfte kombinieren. Der relativ große Durchmesser des Motors und das Vorhandensein einer permanenten Kraft auf der Auflagefläche auf Grund der Vorspannung können den Einsatz eines solchen einzigen Lagers ermöglichen. Es handelt sich beispielsweise um ein Wälzlager, wie ein Wälzlager mit schrägen Kontaktflächen.
Der Aktuator kann ein Halteelement der Rollen umfassen, wobei das Element dazu vorgesehen ist, eine gleichmäßige Verteilung der Rollen um die Drehachse zu gewährleisten. Es handelt sich beispielsweise um einen Planetenträger oder einen Käfig. Das Halteelement der Rollen kann auch dazu vorgesehen sein, diese letztgenannten mit der Antriebsfläche in Kontakt zu halten.
Der Aktuator kann mindestens einen Positionsfühler umfassen, der die Drehung des Rotors und/oder die Bewegung, insbesondere die Translation, des Anschlags erfasst.
Die Antriebsfläche kann direkt von dem Rotor getragen werden, wobei sie beispielsweise auf dem Blechpaket des Rotors vorgesehen ist. Als Variante kann diese Fläche von einem auf den Rotor aufgesetzten und mit diesem letztgenannten verbundenen Träger getragen werden. Der Träger kann einstückig sein oder nicht.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Antriebsfläche und die Rollen derart angeordnet, dass mindestens eine senkrecht auf die Drehachse stehende Ebene sowohl die besagte Fläche, als auch die Planetenrollen und den Motorspalt des Elektromotors schneidet. Jede der Ebenen kann sowohl die Antriebsfläche, als auch die Planetenrollen, die angetriebene Fläche und den Motorspalt des Elektromotors schneiden. Dabei wird die axiale Kompaktheit des Aktuators verbessert, wenn eine zumindest teilweise axiale Überlappung zwischen den Planetenrollen und dem Rotor vorhanden ist. Die axiale Überdeckung kann vollständig sein, in welchem Fall die Gesamtheit der Antriebsfläche und die Gesamtheit der angetriebenen Fläche sich axial im Bereich des Motorspalts des Elektromotors erstrecken.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Antriebsfläche und die Planetenrollen derart angeordnet sein, dass keine senkrecht auf die Drehachse stehende Ebene sowohl die Antriebsfläche, als auch die Planetenrollen und den Motorspalt des Elektromotors schneidet. Mit anderen Worten kommt es in diesem Fall zu keiner axialen Überlappung zwischen dem Rotor und den Planetenrollen, so dass die radiale Kompaktheit des Aktuators verbessert wird.
Nach dem einen oder dem anderen der beiden obenstehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung:

– können die Rollen radial außen in Bezug zu der Antriebsfläche angeordnet sein, und kann die angetriebene Fläche radial außen in Bezug zu den Rollen angeordnet sein, oder
– können die Rollen radial innen in Bezug zu der Antriebsfläche angeordnet sein, und kann die angetriebene Fläche radial innen in Bezug zu den Rollen angeordnet sein.

Ebenfalls nach dem einen oder dem anderen der beiden obenstehenden Ausführungsbeispiele kann mindestens eine der angetriebenen Fläche oder der Antriebsfläche Rillen aufweisen.
Die Antriebsfläche weist beispielsweise parallele Rillen auf, die Oberfläche der Rollen weist Rillen auf, die dazu vorgesehen sind, mit den Rillen der Antriebsfläche zusammenzuwirken, und die angetriebene Fläche umfasst ein Gewinde, das dazu vorgesehen ist, mit den Rillen der Oberfläche der Rollen zusammenzuwirken. In einem solchen Fall treibt das Zusammenwirken zwischen der Antriebsfläche und der Oberfläche der Rollen diese letztgenannten nur in Drehung an.
Als Variante kann nach dem einen oder dem anderen der beiden obenstehenden Ausführungsbeispiele die angetriebene Fläche parallele Rillen aufweisen, kann die Oberfläche der Rollen Rillen aufweisen, die dazu vorgesehen sind, mit den Rillen der angetriebenen Fläche zusammenzuwirken, und kann die Antriebsfläche ein Gewinde aufweisen, das dazu vorgesehen ist, mit den Rillen der Oberfläche der Rollen zusammenzuwirken. In einem solchen Fall treibt das Zusammenwirken zwischen der Antriebsfläche und der Oberfläche der Rollen diese letztgenannten in Drehung und in Translation an.
Die Rillen können in einem konstanten Abstand angeordnet sein, und das Gewinde kann eine Anzahl von Gewindegängen gleich der Anzahl von Rollen und mit einem sichtbaren Abstand gleich dem Abstand der Rillen umfassen.
Die Rillen oder jedes Gewinde können Profile in V-Form oder von konvexer Form aufweisen.
Im gesamten vorhergehenden Text können die Planetenrollen so genannte „Standard”-Planetenrollen oder „synchronisierte” Planetenrollen sein.
Als Variante können die Planetenrollen umgekehrte Planetenrollen (inverted planetary roller auf Englisch) sein.
Als weitere Variante können die Planetenrollen Rezirkulationsrollen (recirculating planetary roller) sein.
Als weitere Variante können die Planetenrollen vom Typ Spiracon^TM sein.
Als weitere Variante können die Planetenrollen vom Typ PWG sein. Solche Rollen sind beispielsweise in den Patenten US 4 926 708 oder EP 0 320 621 beschrieben. Jede Rolle vom Typ PWG kann zwei Typen von Rillen umfassen, wobei jeder Rillentyp für das Zusammenwirken mit nur einer der angetriebenen Fläche oder der Antriebsfläche bestimmt ist.
Im gesamten vorhergehenden Text kann die Anzahl der Planetenrollen zwischen drei und zwölf betragen.
Die Erfindung betrifft ferner nach einem weiteren ihrer Aspekte eine Einheit, umfassend:

– ein Übertragungssystem, und
– einen Aktuator, wie oben definiert, wobei es der Aktuator bei einer insbesondere in Translation ausgeführten Bewegung des Anschlags ermöglicht, den Zustand des Übertragungssystems zu ändern.

Das Übertragungssystem kann mindestens eine Übertragungswelle aufweisen, die in dem Hohlraum des Aktuators aufgenommen ist.
Der Aktuator kann, um den Zustand des Übertragungssystems zu ändern, mit einem Element dieses Übertragungssystems interagieren, beispielsweise dem Sendezylinder oder der Membranfeder des Übertragungssystems, und der Aktuator kann sich radial um die Gesamtheit oder einen Teil dieses Elements, mit dem er interagiert, erstrecken. Wenn die Drehachse des Übertragungssystems mit der Achse des Aktuators zusammenfälle, sind das Übertragungssystem und der Aktuator koaxial, in welchem Fall die Einheit als „konzentrisch” bezeichnet wird.
Die Erfindung betrifft ferner nach einem weiteren ihrer Aspekte ein Modul, umfassend mindestens eine Einheit, wie oben definiert.
Das Modul kann eine einzige Einheit umfassen und dazu bestimmt sein, zwischen einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs und dem Getriebe des Fahrzeugs angeordnet zu sein.
Als Variante umfasst das Modul immer eine nur eine Einheit, aber es ist dazu bestimmt, zwischen dem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs und einem Getriebe, das einer elektrischen Drehmaschine zugeordnet ist, angeordnet zu werden.
Als weitere Variante kann das Modul zwei Einheiten, wie oben definiert, umfassen. Das Modul ist nun insbesondere dazu bestimmt, in einem Fahrzeug zwischen einem Verbrennungsantriebsmotor und einem Getriebe angeordnet zu werden. Eine der Einheiten ist beispielsweise auf der Seite des Verbrennungsmotors angeordnet, und die andere Einheit ist getriebeseitig angeordnet. Das Modul kann auch einen Elektroantriebsmotor, beispielsweise eine elektrische Drehmaschine, umfassen. Das Übertragungssystem auf Seite des Verbrennungsmotors ermöglicht es, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Drehung an den Rotor der elektrischen Drehmaschine zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln. Das getriebeseitige Übertragungssystem ermöglicht es, den Rotor der elektrischen Drehmaschine an eine Eingangswelle des Getriebes zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln.
Die elektrische Drehmaschine kann in Drehung um eine Achse beweglich sein, die mit der Drehachse des Elektromotors des Aktuators mindestens einer der Einheiten zusammenfällt. Die elektrische Drehmaschine ist beispielsweise mit dem Aktuator und dem Übertragungssystem mindestens einer der Einheiten konzentrisch, was bedeutet, dass eine selbe Achse sowohl die Drehachse der elektrischen Drehmaschine als auch die Drehachse des Übertragungssystems einer der Einheiten und die Achse des Aktuators der Einheit bilden kann.
Die elektrische Drehmaschine kann eine reversible elektrische Drehmaschine vom Typ Starter-Generator oder vom Typ Motor/Generator sein.
Das Modul kann ein Gehäuse umfassen, und der Elektromotor jedes Aktuators kann durch Konduktion mit dem Gehäuse gekühlt werden.
Gegebenenfalls umfasst das Gehäuse einen Kühlkreis, in dem ein Kühlfluid, wie flüssiges Wasser, zirkuliert, das das Gehäuse kühlen kann.
Die Erfindung wird durch die Studie der nachfolgenden Beschreibung eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels derselben und der beiliegenden Zeichnung besser verständlich, wobei:
1 schematisch und teilweise ein Modul darstellt, das mindestens einen erfindungsgemäßen Aktuator umfasst,
2 im Aufriss einen elektrischen Aktuator nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
3 eine Schnittansicht entlang III-III des Aktuators aus 2 ist,
4 ein Detail aus 3 darstellt,
die 5 und 6 den Aktuator der 2 bis 4 in einer Konfiguration, in der er auf das Übertragungssystem drückt, bzw. in einer Konfiguration, in der nicht auf das Übertragungssystem drückt, darstellen,
7 schematisch einen Aktuator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
8 schematisch einen Aktuator nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
9 im Aufriss einen Aktuator nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, wobei ein Teil dieses Aktuators abgerissen ist,
10 den Aktuator aus 9 entlang X-X darstellt, und
11 den Aktuator aus 9 entlang XI-XI darstellt.
In 1 ist ein Beispiel eines Moduls 1 dargestellt, das mindestens einen Aktuator gemäß der Erfindung einschließen kann. Das Modul 1 umfasst in diesem Beispiel eine Einheit 2, umfassend einen Aktuator 3 und ein Übertragungssystem 4. Das Modul 1 umfasst ferner in dem betreffenden Beispiel eine elektrische Antriebsdrehmaschine 5 und ein Gehäuse 6.
In einem weiteren nicht dargestellten Beispiel umfasst das Modul 1 eine weitere Einheit 2 ähnlich der soeben beschriebenen. Das Modul ist in diesem Fall dazu vorgesehen, in einem Fahrzeug zwischen dem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs und dem Getriebe des Fahrzeugs angeordnet zu werden. Eine der Einheiten 2 ist nun auf der Seite des Verbrennungsmotors angeordnet, und die andere Einheit 2 ist getriebeseitig angeordnet. Die Einheit 2 auf der Seite des Verbrennungsmotors ermöglicht es, in Drehung die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit dem Rotor der elektrischen Drehmaschine 5 zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln. Die getriebeseitige Einheit 2 ermöglicht es, den Rotor der elektrischen Drehmaschine mit einer Eingangswelle des Getriebes zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln.
Eine nicht dargestellte Torsions-Filtervorrichtung kann in das Übertragungssystem 4 integriert sein.
In dem betreffenden Beispiel ist die elektrische Drehmaschine 5 ein Starter-Generator und ist das Übertragungssystem 4 automatisiert.
Das Gehäuse 6 schließt die verschiedenen Elemente des Moduls 1 ein und kann zur Kühlung der elektrischen Drehmaschine 5 dienen.
Der Aktuator 3, der in der Folge detaillierter beschrieben ist, interagiert mit einem Element 7 des Übertragungssystems 4, um den Zustand dieses Systems zu ändern, wobei es von einem gekoppelten Zustand in einen entkoppelten Zustand übergeführt wird. In dem betreffenden Beispiel ist das Element des Übertragungssystems 4, das mit dem Aktuator interagiert eine Kupplungsmembranfeder. Wie in der Folge auch zu sehen sein wird, kann der Aktuator 3 eine Achse X aufweisen, und diese Achse kann eine Drehachse des Übertragungssystems 4 sein. Der Aktuator 3 weist in dem betreffenden Beispiel einen zentralen Hohlraum Z auf, und dieser Bereich enthält die Achse X. Der Hohlraum Z erstreckt sich in diesem Beispiel entlang der gesamten X-Achse, d. h. dass er durchgehend ist.
Eine Welle 11 des Übertragungssystems 4, die sich um die Achse X erstreckt und um diese Achse X beweglich ist, kann in dieser zentralen Zone Z aufgenommen sein. Bei einer nicht dargestellten Variante können mehrere Wellen 11 in der zentralen Zone Z aufgenommen sein.
Wie in 1 dargestellt, kann die Achse X auch die Drehachse sein, um die sich die elektrische Drehmaschine 5 drehen kann.
Es ist nun detaillierter unter Bezugnahme auf 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Aktuators 3, der in das Modul 1 der 1 integriert sein kann, beschrieben.
Dieser Aktuator 3 umfasst:

– einen Elektromotor 12, umfassend einen Rotor 14 und einen Stator 15, wobei der Rotor mit einer Antriebsfläche 16 verbunden und um eine Drehachse, die hier die Achse X ist, beweglich ist,
– eine Vielzahl von Planetenrollen 17, die eine Oberfläche 18 aufweisen, die dazu vorgesehen ist, durch Rollen mit der Antriebsfläche 16 zusammenzuwirken, um von der Fläche 15 zumindest in Drehung um die Achse X angetrieben zu werden, und
– einen Anschlag 20 für das Übertragungssystem 4.

Die Gesamtheit der Komponenten des Aktuators 3 kann in einem Gehäuse 19 des Aktuators angeordnet sein.
Wie dargestellt, umfasst der Anschlag 20:

– eine angetriebene Fläche 21, die dazu vorgesehen ist, durch Rollen mit der Oberfläche 18 der Planetenrollen 17 zusammenzuwirken, und
– eine Auflagefläche 22, die dazu vorgesehen ist, am Übertragungssystem 4 aufzuliegen, wobei die Auflagefläche 22 in Bezug zur angetriebenen Fläche 21 beweglich ist.

In dem betreffenden Beispiel erstreckt sich der Anschlag 20 global um die Achse X und entlang eines Teils dieser letztgenannten, wobei diese Achse X nun die Achse des Anschlags 20 definiert.
Die Auflagefläche 22 des Anschlags 20 wirkt in dem betreffenden Beispiel mit der Membranfeder 7 des Übertragungssystems zusammen und ändert durch ihre Verschiebung entlang der Achse X den Zustand des Übertragungssystems 4. Als Variante könnte der Anschlag 20 mit einem Geberzylinder zusammenwirken.
Wie in den 2 bis 4 dargestellt, umfasst der Anschlag 20 in diesem Beispiel eine Mutter 26, Schubmittel entlang der Achse X und ein Endteil 27.
Die Mutter 26 ist hier in mehreren Abschnitten ausgeführt, wobei einer der Abschnitte 23 der Mutter 26 ein Antirotationssystem 17 definiert, so dass die Bewegung des Rotors 14, die von den Planetenrollen 17 übertragen wird, den Anschlag 20 nur in Translation entlang der Achse X verschiebt. Das Antirotationssystem 23 nimmt beispielsweise mit dem Gehäuse 19 des Aktuators 3 eine Gleitverbindung mit Hilfe von axialen Nuten aus.
Der Abschnitt 23 der Mutter 26 weist hier eine Seitenwand 29 auf, an der die angetriebene Fläche 21 ausgenommen ist. Die angetriebene Fläche 21 hat hier eine global zylindrische Form, die einen Innendurchmesser D_e1 aufweist. Das Endteil 27 weist eine Frontfläche auf, die sich senkrecht auf die Achse X erstreckt, und diese Frontfläche definiert die Auflagefläche 22.
Wie in 2 zu sehen ist, kann die Mutter 26 eine zentrale Zone aufweisen, die einen Absatz umfasst, der eine Lagerung 30 ausnimmt.
In dieser Lagerung ist ein Druckelement entlang der Achse X angeordnet. Dieses Element ist hier eine Vorspannfeder 32 mit einem Ende, das am Boden der Lagerung 30 liegt, und einem anderen Ende, das an einer Scheibe 33 anliegt. Diese Scheibe 33 drückt mit ihrem Ende, das jenem gegenüberliegt, das mit der Feder 32 interagiert, an ein Stützteil 43 eines Lagers 39, das zwischen dem Stützteil 43 und dem Endteil 27 angeordnet ist.
Ein Selbstzentrierungsmittel 80, das mit Hilfe einer konischen Scheibe gebildet und besser in 11 zu sehen ist, kann überdies vorgesehen sein. Diese Scheibe 80 formt einen von dem Stützteil 80 ausgeübten Axialschub in eine radiale Kraft um, die das Lager 39 gegen das Stützteil 43 drückt.
Das Endteil 27 umfasst in dem betreffenden Beispiel eine röhrenförmige Muffe 35, die sich entlang der und um die Achse X erstreckt, wobei das Ende dieser Muffe 35 der Scheibe 33 gegenüberliegt, die die Verbindung mit der die Stützfläche 22 definierenden Frontfläche bildet.
Wie dargestellt, kann ein Sicherungsring 37 zwischen der radial inneren Wand der Muffe 35 und einer axialen Wand 38 der Mutter 26 angeordnet sein.
Wie in 3 zu sehen ist, ist das Lager 39 zwischen der radial äußeren Wand der Muffe 35 und einem axialen Abschnitt des Stützteils 43 angeordnet. Der axiale Abschnitt des Stützteils 43 ist hier in einem größeren Abstand zur Achse X als die axiale Wand 38 der Mutter 26 angeordnet.
Der Elektromotor 3 ist in diesem Beispiel ein Motor mit internem Rotor. Es handelt sich beispielsweise um einen Synchronmotor mit Permanentmagneten. Ein Positionsfühler 38 des Rotors ermöglicht es, die Position des Rotors 14 und/oder des Anschlags 20 zu bestimmen.
In dem betreffenden Beispiel gehört die mit dem Rotor 14 verbundene Antriebsfläche 16 nicht dem Rotor sondern einem Träger 40 an, die auf die radial innere Wand des Rotors 14 aufgesetzt ist. Der Träger 40 umfasst beispielsweise einen Wulst 41, der radial nach außen ragt, und die radial äußere Fläche dieses Wulstes 41 bildet die Antriebsfläche 16.
Die Antriebsfläche 16 kann global eine zylindrische Form aufweisen, die einen Außendurchmesser D_e2 besitzt.
Wie in dem Beispiel der 2 bis 4 zu sehen ist, kann es keine axiale Abdeckung zwischen dem Rotor 14 und der Antriebsfläche 16 geben, d. h. dass es keine Ebene senkrecht auf die Achse X gibt, die sowohl den Rotor 14 als auch die Antriebsfläche 16 schneidet.
Die Antriebsfläche 16 wirkt mit der Außenfläche der Planetenrollen 17 zusammen, um den Anschlag 20 in Translation zu verschieben. Acht Planetenrollen 17 sind in dem betreffenden Beispiel zwischen der Antriebsfläche 16 und der angetriebenen Fläche 21 angeordnet.
Die Planetenrollen 17 können von jeglichem Typ sein, beispielsweise so genannte „Standardrollen” oder „synchronisierte Rollen”. Als Variante kann es sich um umgekehrte Planetenrollen (inverted planetary roller auf Englisch) handeln. Als weitere Variante kann es sich um Rezirkulationsplanetenrollen (recirculating planetary roller) handeln. Als weitere Variante können die Planetenrollen 17 vom Typ SpiraconTM sein. Als weitere Variante können die Planetenrollen 17 vom Typ PWG sein.
Die Planetenrollen 17 sind hier gleichmäßig um die Achse X verteilt. Zu diesem Zweck können ein Planetenträger 42 oder ein Käfig verwendet werden, um die Aufrechterhaltung dieser gleichmäßigen Verteilung der Planetenrollen 17 während ihrer Verschiebung um die Achse X zu gewährleisten. Gegebenenfalls kann der Käfig oder Planetenträger 42 auch dazu vorgesehen sein, auf die Planetenrollen 17 eine radiale Kraft auszuüben, die sie mit der Antriebsfläche 16 in Kontakt hält.
Wie zu sehen ist, kann der Aktuator 3 ein einziges Lager 50 umfassen, das sowohl die radiale Führung des Elektromotors 12 des Aktuators 3 als auch die Aufnahme der axialen Kräfte, die auf den Aktuator 3 von dem Übertragungssystem 4, mit dem er zusammenwirkt, ausgeübt werden, ermöglicht.
Wie in den 2 bis 4 dargestellt, ist die zentrale Zone Z des Aktuators 1 leer. Diese Ausnehmung stammt in dem betreffenden Beispiel von der Tatsache, dass der Träger 40 hohl ist, dass der Boden der Lagerung 30 eine Öffnung im Bereich der Achse X aufweist, und dass die Feder 32 und die Scheibe 33 einen Leerraum ausnehmen, der diese Öffnung verlängert.
In dem Beispiel der 2 bis 4 weist die Antriebsfläche 16 parallele Rillen 52 auf, die in einem Abstand p angeordnet sind. Die Außenfläche 18 der Planetenräder 17 ist mit parallelen 53 und um einen selben Abstand p beabstandeten Rillen versehen. Die angetriebene Fläche 21 der Mutter 26 definiert ein Gewinde 54, das dazu vorgesehen ist, mit den Rillen 53 der Fläche 18 zusammenzuwirken. Das Gewinde 54 umfasst in diesem Beispiel ebenso viele Gewinde wie Planetenrollen 17 vorhanden sind, und der sichtbare Abstand dieses Gewindes 54 ist gleich p. Die Profile der Gewinde oder der Rillen haben beispielsweise eine V-Form oder eine konvexe Form.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ist nun die Funktion des Aktuators 3 beschrieben.
5 stellt den Aktuator 3 in Ruhestellung dar. In dieser Position ist der Anschlag 20 in seiner dem Elektromotor 12 nächsten Position. Diese Position ergibt sich beispielsweise aus der Kraft, die von einer Feder des Übertragungssystems 4 auf den Anschlag 20 ausgeübt wird.
Wenn der Aktuator 3 gesteuert wird, um den Zustand des Übertragungssystems 4 zu ändern, strömt elektrischer Strom durch die Wicklung des Stators 15, so dass ein drehendes Magnetfeld in dem Motorspalt des Elektromotors 12 erzeugt wird. Der Rotor 14 wird nun in Drehung um die Achse X verschoben und treibt dadurch die Antriebsfläche 16 an.
Das Laufen der Rillen 53 auf den Rillen 52 versetzt die Planetenrollen 17 in Drehung, und das Laufen des Gewindes 54 auf den Rillen 53 in Verbindung mit dem Vorhandensein des Antirotationssystems 23 führt zur Translationsverschiebung der Mutter 26 entlang der Achse X.
Auf Grund der epizykloidalen Bahn der Planetenrollen 17 kann die Verschiebung d der Mutter 26 bei einer Umdrehung der Antriebsfläche 16 um die Achse X mit Hilfe des Abstands p der Rillen 52 und 53, der Anzahl von Planetenrollen 17 und der jeweiligen Durchmesser D_e2 und D_e1 der Antriebsfläche 16 und der angetriebenen Fläche 21 nach der Gleichung
berechnet werden.
Diese Verschiebung der Mutter 26 wird auf das Endteil 27 über die Feder 32, die Scheibe 33, das Stützteil 43 und das Lager 39 übertragen. Das Endteil 27 kann nun die in 6 dargestellte Position erreichen, in der sie am weitesten vom Elektromotor 12 entfernt ist und an einem Element des Übertragungssystems 4 anliegt.
In dem betreffenden Beispiel sind die Planetenrollen 17 radial außen in Bezug zur Antriebsfläche 16 angeordnet, und ist die angetriebene Fläche 21 radial außen in Bezug zu den Planetenrollen 17 angeordnet, aber die Erfindung ist nicht auf ein solches Beispiel beschränkt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 7 dargestellt ist, ist die Antriebsfläche 16 radial außen in Bezug zu den Planetenrollen 17 angeordnet, sie selbst radial außen in Bezug zu der angetriebenen Fläche 21 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind in dem Beispiel der 7 die relativen Positionen der Antriebsfläche 16, der Planetenräder 17 und der angetriebenen Fläche 21 in Bezug zu jenen des Ausführungsbeispiels der 2 bis 6 umgekehrt.
Bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 7 dargestellt ist, können die Antriebsfläche 16 und die Oberfläche 18 der Planetenräder 17 auch parallele Rillen 52 und 53 mit einem Abstand p tragen, während die angetriebene Fläche 21 auch ein Gewinde 54 mit einem sichtbaren Abstand p tragen kann.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 8 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem in Bezug auf die 2 bis 6 beschriebenen dadurch, dass die Antriebsfläche 16 ein Gewinde und keine Rillen trägt, und dass die angetriebene Fläche 21 Rillen und kein Gewinde trägt. Die Oberfläche 18 der Planetenrollen 17 trägt Rillen, die durch Rollen einerseits mit dem Gewinde der Antriebsfläche 16 und andererseits mit den Rillen der angetriebenen Fläche 21 zusammenwirken.
In dem Beispiel der 8 ist eine axiale Abdeckung zwischen dem Rotor 14 und der Antriebsfläche 16 vorhanden, d. h. dass Ebenen senkrecht auf die Achse X vorhanden sind, die sowohl die Antriebsfläche 16 als auch den Motorspalt des Elektromotors 12 schneiden. Dichtungen 83 sind ebenfalls in dieser 8 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 ist nun ein Aktuator 3 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Ähnlich den unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschriebenen Aktuatoren weist der Aktuator 3 der 9 bis 11 Planetenrollen 17 auf, die radial innen in Bezug zur Antriebsfläche 16 angeordnet sind, und weist dieser Aktuator 3 eine angetriebene Fläche 21 auf, die radial innen in Bezug zu den Planetenrädern 17 angeordnet ist.
Ähnlich dem unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen Aktuator weist der Aktuator 3 der 9 bis 11 eine Antriebsfläche 16 in axialer Abdeckung mit dem Rotor 15 des Elektromotors auf.
Die Antriebsfläche 16 und die Oberfläche 18 der Rollen 17 des Aktuators 3 der 9 bis 11 tragen parallele Rillen, während die angetriebene Fläche 21 ein Gewinde trägt. Die Rillen und das Gewinde sind dazu vorgesehen, dass die Rollen 17 auf der Antriebsfläche 16 einerseits rollen, und dass die angetriebene Fläche 21 auf den Rollen 17 andererseits rollt.
Eine Dichtung 60 wird von einem zentralen Abschnitt des Gehäuses 19 getragen und reibt an der Innenwand der Mutter 26.
Ein Gebläse 61 ist überdies vorgesehen, wobei dieses Gebläse 61 das Gehäuse 19 des Aktuators 3 und die Mutter 26 miteinander verbindet, um eine Abdichtung des Gehäuses 19 des Aktuators 3 zu gewährleisten. Wie in den 9 bis 11 dargestellt, können andere Planetenrollen 17 als die vorher beschriebenen verwendet werden. Die Planetenrollen 17 sind in dem Beispiel der 9 bis 11 vom Typ PWG. Solche Rollen sind beispielsweise in den Patenten US 4 926 708 oder EP 0 320 621 beschrieben.
Die Oberfläche 18 jeder Rolle 17 trägt nun erste Rillen, die dazu vorgesehen sind, durch Rollen mit der Antriebsfläche 16 zusammenzuwirken, so dass diese Fläche 16 durch die Bewegung des Rotors 14 angetrieben wird.
Die Oberfläche 18 jeder Rolle 17 trägt ebenfalls zweite Rillen, die dazu vorgesehen sind, durch Rollen mit der angetriebenen Fläche 21 zusammenzuwirken, um den Anschlag 20 in Translation zu verschieben.
Die Erfindung ist nicht auf die soeben beschriebenen Beispiele beschränkt.

Claims

Aktuator (3) für ein Übertragungssystem (4), umfassend: – einen Elektromotor (12), umfassend einen Rotor (14) und einen Stator (15), wobei der Rotor (14) mit einer Antriebsfläche (16) verbunden und um eine Drehachse (X) beweglich ist, – eine Vielzahl von Planetenrollen (17), die eine Fläche (18) aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, mit der Antriebsfläche (16) zusammenzuwirken, um von der besagten Fläche (16) zumindest in Drehung um die besagte Achse (X) angetrieben zu werden, und – einen Anschlag (20) für das Übertragungssystem (4), umfassend: – eine angetriebene Fläche (21), die dazu ausgebildet ist, mit der Fläche (18) der Planetenrollen (17) zusammenzuwirken, und – eine Auflagefläche (22), die dazu ausgebildet ist, am Übertragungssystem (4) aufzuliegen, wobei die Auflagefläche (22) in Bezug zur angetriebenen Fläche (21) beweglich ist.
Aktuator nach Anspruch 1, wobei der Anschlag (20) eine Mutter (26), mindestens ein Druckelement (32, 33) entlang der Drehachse (X) des Rotors (14) und ein Endteil (27) umfasst, wobei die Mutter (26) die angetriebene Fläche (21) umfasst und wobei das Endteil (27) die Auflagefläche (22) umfasst.
Aktuator nach Anspruch 2, wobei sich der Anschlag (20) insgesamt um eine Achse erstreckt, die mit der Drehachse (X) des Elektromotors (12) zusammenfällt.
Aktuator nach Anspruch 3, umfassend einen Hohlraum (Z), in welchem die besagte Achse (X) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein Lager (50), insbesondere ein Wälzlager, das zugleich die Drehführung des Rotors (14) um die besagte Achse (X) und die Aufnahme der entlang der Achse (X) vom Übertragungssystem (4) auf den Anschlag (20) ausgeübten Kräfte gewährleistet.
Aktuator nach Anspruch 5, wobei das besagte Lager (50), insbesondere das besagte Wälzlager, ein einziges ist.
Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ein Element (42) zum Halten der Planetenrollen (17), wobei das besagte Element (42) dazu ausgebildet ist, eine gleichmäßige Verteilung der Planetenrollen (17) um die Drehachse (X) zu gewährleisten.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Antriebsfläche (16) von einem auf den Rotor (14) aufgesetzten und mit diesem letztgenannten verbundenen Träger (40) getragen ist.
Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antriebsfläche (16) und die Planetenrollen (17) derart angeordnet sind, dass mindestens eine senkrecht zu der Drehachse (X) ausgerichtete Ebene zugleich sowohl die besagte Fläche (16), als auch die besagten Rollen (17) und den Motorspalt des Elektromotors (12) schneidet.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Antriebsfläche (16) und die Planetenrollen (17) derart angeordnet sein, dass keine senkrecht zu der Drehachse (X) ausgerichtete Ebene sowohl die besagte Fläche (16), als auch die besagten Rollen (17) und den Motorspalt des Elektromotors (12) schneidet.
Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Planetenrollen (17) radial außen in Bezug zu der Antriebsfläche (16) angeordnet sind, wobei die angetriebene Fläche (21) radial außen in Bezug zu den Planetenrollen (17) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Planetenrollen (17) radial innen in Bezug zu der Antriebsfläche (16) angeordnet sind, wobei die angetriebene Fläche (21) radial innen in Bezug zu den Planetenrollen (17) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Antriebsfläche (16) parallele Rillen (52) aufweist, die Oberfläche (18) der Planetenrollen (17) Rillen (53) aufweist, die dazu vorgesehen sind, mit den Rillen (52) der Antriebsfläche (16) zusammenzuwirken, und wobei die angetriebene Fläche (21) ein Gewinde (54) umfasst, das dazu vorgesehen ist, mit den Rillen (53) der Oberfläche (18) der Planetenrollen (17) zusammenzuwirken.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die angetriebene Fläche (21) parallele Rillen aufweist, die Oberfläche (18) der Planetenrollen (17) Rillen aufweist, die dazu vorgesehen sind, mit den Rillen der angetriebenen Fläche (21) zusammenzuwirken, und wobei die Antriebsfläche (16) ein Gewinde aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit den Rillen der Oberfläche (18) der Planetenrollen (17) zusammenzuwirken.
Aktuator nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Rillen in einem konstanten Abstand (p) angeordnet sind und wobei das Gewinde eine Anzahl von Gewindegängen gleich der Anzahl der Planetenrollen (17) und mit einem sichtbaren Abstand gleich dem Abstand der Rillen umfasst.
Einheit (2), umfassend: – ein Übertragungssystem (4), und – einen Aktuator (3) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es der Aktuator (3) erlaubt, bei einer translatorischen Bewegung des Anschlags (20) den Zustand des Übertragungssystems (4) zu ändern.