EP3077707A1 - Actuator having a planetary roller spindle (pwg) - Google Patents
Actuator having a planetary roller spindle (pwg)Info
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- EP3077707A1 EP3077707A1 EP14827166.1A EP14827166A EP3077707A1 EP 3077707 A1 EP3077707 A1 EP 3077707A1 EP 14827166 A EP14827166 A EP 14827166A EP 3077707 A1 EP3077707 A1 EP 3077707A1
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Abstract
The invention relates to an actuator having a planetary roller spindle (PWG), in particular for actuating a clutch of a vehicle, wherein a central spindle having a pitch is rotationally coupled to a rotor of a drive and can by driven by the drive about a rotation axis, and a plurality of planetary rollers are engaged with the spindle and mesh with a ring gear encircling the planetary rollers, said ring gear having grooves in the circumferential direction, wherein the planetary rollers are positioned on both ends in a planetary roller carrier. According to the invention the planetary roller carriers are supported on both ends in a rotationally fixed manner such that the pitch of the spindle can be unambiguously associated with an axial stroke of a component that is axially movable by means of the planetary roller spindle and that is operatively connected to an axially movable piston.
Description
Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel (PWG) Actuator with planetary roller screw (PWG)
Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel (PWG) nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. The invention relates to an actuator with Planetenwälzgewindespindel (PWG) according to the preamble of the first claim.
Planetenwälzgewindespindeln (PWG) (auch bezeichnet als Planetenwälzgewindespindeltrie- be) sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in DD 0277308 A5 beschrieben. Aus der Druckschrift DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise ein Planeten- wälzgewindetrieb bekannt, der in einem Hydrostataktuator in Form eines hydrostatischen Kupplungsaktuators enthalten ist, um eine mittels eines Elektromotors E erzeugte Drehbewegung in eine Axialbewegung umzuwandeln. Ein Planetenwälzgewindetrieb mit einer Gewindespindel und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planeten, die am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind, ist aus der Druckschrift DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Bei dieser Lösung ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen, wobei die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und wobei die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefederte Federelement aufweist. Die Mutter übernimmt zwei Funktionen: einerseits ist sie Getriebeteil und andererseits ist sie Teil der Vorspanneinrichtung. Planetenwälzgewindspindeln (PWG) (also referred to as Planetenwälzgewindsspindeltrie- be) have been state of the art for many years and are described for example in DD 0277308 A5. From DE 10 2010 047 800 A1, for example, a planetary roller screw drive is known which is contained in a hydrostatic actuator in the form of a hydrostatic clutch actuator in order to convert a rotational movement generated by means of an electric motor E into an axial movement. A Planetenwälzgewindetrieb with a threaded spindle and arranged with a threaded spindle on the nut and with several circumferentially distributed between the threaded spindle and the nut arranged planets, which are arranged abradable on the inner circumference of the nut and on the outer circumference of the threaded spindle, is known from the document DE 10th 2010 011 820 A1 known. In this solution, a biasing means for the planet is provided, wherein the nut has two mutually axially movable male parts, and wherein the biasing means comprises a spring member urged against the one nut member. The nut takes on two functions: on the one hand, it is gear part and on the other hand, it is part of the pretensioner.
Es ist weiterhin bekannt (s. DE 10 2011 088 995 A1) eine Absolutmessung für eine Schlupferfassung eines PWG mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Spindelmutter und mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Planeten, die in Wälzeingriff mit der Gewindespindel sowie der Spindelmutter stehen, vorzunehmen, wobei ein gegenüber der Spindelmutter axial unverschieblich angeordnetes Sensorelement eine axiale Verlagerung der Gewindespindel und der Spindelmutter zueinander erfasst, wobei die Spindelmutter an einem das Sensorelement aufweisenden Gehäuse um die Spindelachse herum drehbar gelagert ist. It is also known (see DE 10 2011 088 995 A1) an absolute measurement for a slip detection of a PWG with a arranged on a threaded spindle spindle nut and with a plurality of distributed over the circumference arranged planetary, which are in rolling engagement with the threaded spindle and the spindle nut in that a sensor element arranged axially non-displaceably with respect to the spindle nut detects an axial displacement of the threaded spindle and the spindle nut relative to one another, wherein the spindle nut is rotatably mounted on a housing having the sensor element about the spindle axis.
In einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung wird ein Ausrücksystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei dem unter Verwendung eines Antriebes über ein PWG ein in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerter Kolben betätigt wird, wobei mit einer Sensorik die Position des Kolbens erfassbar ist. In a not yet published application, a release system for a clutch of a motor vehicle is described in which using a drive via a PWG in a housing axially displaceably mounted piston is actuated, wherein the position of the piston can be detected with a sensor.
Die bekannten Systeme gestalten sich jedoch relativ aufwendig, da eine Vorspannung realisiert werden muss und schlupfbedingte Steigungsänderung des PWG-Systems einen Wegsensor zur exakten Positionierung notwendig machen. However, the known systems are relatively expensive, since a bias voltage must be realized and slip-induced slope change of the PWG system make a displacement sensor for exact positioning necessary.
Für die Randbedingung, dass die Steigung in der Hohlradmutter und auf den Planetenrollen 3 Null ist, ergeben sich folgende Grenzfälle:
GrenzfaM : bei einem Haften zwischen Spindel und Planetenrollen erfolgt kein Vorschub/Axialbewegung bei drehender Spindel relativ zu dieser, wodurch 100% Schlupf zwischen Planetenrollen und Hohlradmutter zu verzeichnen ist und der Wirkungsgrad Null ist. For the boundary condition that the pitch in the ring gear nut and on the planetary rollers 3 is zero, the following limit cases arise: Limit: in case of sticking between the spindle and the planetary rollers, there is no feed / axial movement with the spindle rotating relative to it, whereby there is 100% slip between planetary and ring gear nuts and the efficiency is zero.
Grenzfall 2: bei einem Haften zwischen Planetenrollen und Hohlradmutter wird eine Spindelsteigung 1 :1 mit 100% Schlupf zwischen Planetenrollen und Spindel umgesetzt, wodurch der Wrkungsgrad sehr gering ist. Limit case 2: in case of sticking between planetary rollers and ring gear nut a spindle pitch is 1: 1 implemented with 100% slip between planetary rollers and spindle, whereby the Wrcungsgrad is very low.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktuator mit einem Planeten- wälzgewindetrieb zu entwickeln, der eine schlupfbedingte Steigungsänderung vermeidet, einen guten Wirkungsgrad gewährleistet und einen einfachen Aufbau aufweist. The object of the present invention is to develop an actuator with a Planetenwälzgewindetrieb, which avoids a slip-induced slope change, ensures good efficiency and has a simple structure.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. This object is solved by the characterizing features of the first claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Der Aktuator weist dabei eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) auf und wird insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt, wobei eine zentrische eine Steigung aufweisende Spindel mit einem Rotor eines Antriebes drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse antreibbar ist und mehrere Planetenrollen mit der Spindel in Eingriff stehen und mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad, das Rillen in Umfangs- richtung aufweist, kämmen, wobei die Planetenrollen an beiden Enden in einem Planetenrollenträger positioniert sind und erfindungsgemäß die Planetenrollenträger an beiden Enden drehfest abgestützt sind, derart, dass eine feste Zuordnung der Steigung der Spindel zu einem Axialhub eines mittels des PWG axial beweglichen Bauteils, welches mit einem axial betätigbaren Kolbens wirkverbunden ist, realisierbar ist. The actuator in this case has a Planetenwälzgewindespindel (PWG) and is used in particular for the operation of a clutch of a vehicle, wherein a centric pitch having a spindle rotatably connected to a rotor of a drive and driven with the drive about an axis of rotation and a plurality of planetary rollers with the Spindle engaged and meshing with a planetary rollers ring gear having grooves in the circumferential direction, the planetary rollers are positioned at both ends in a planetary roller carrier and according to the invention the planetary roller carriers are rotatably supported at both ends, such that a fixed assignment the pitch of the spindle to an axial stroke of a means of the PWG axially movable member, which is operatively connected to an axially actuated piston, is feasible.
Dadurch ist es erstmalig möglich, über die Steigung der Spindel den axialen Hub zu bestimmen ohne aufwendige Sensorik dafür zu verwenden. This makes it possible for the first time on the slope of the spindle to determine the axial stroke without consuming sensors to use it.
Durch die erstmalige Verwendung eines PWG mit einem drehfest abgestützten Planetenrollenträgers und damit verbunden einer schlupfunabhängigen Systemsteigung kann in einem Aktuator auf einen Wegsensor (nach Stand d. Technik ist dieser aufgrund von Schlupf notwendig) und den dazugehörigen Komponenten in der Elektronik verzichtet werden, denn der Schlupf wirkt sich nicht auf die Axialbewegung der axial beweglichen Komponenten des PWG aus. The first use of a PWG with a rotatably supported planetary roller carrier and associated a schlupfunabhängigen system pitch can be omitted in an actuator on a displacement sensor (according to the state of the art, this is due to slippage necessary) and the associated components in the electronics, because the slip does not affect the axial movement of the axially movable components of the PWG.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Lösung kombiniert mit der Möglichkeit des Re- ferenzierens, wodurch eine axiale Referenzposition/Nulllage eines axial beweglichen Elementes des Aktuators bestimmbar ist.
Die beiden Planetenträger sind bevorzugt drehfest in einer, das Hohlrad umringenden und an beiden Enden radial nach innen weisenden ersten Hülse abgestützt und diese erste Hülse wird direkt oder über eine zweite Hülse oder ein anderes Zwischenelement drehfest und axial verschiebbar in einem gestellfesten Gehäuse aufgenommen. Das Hohlrad überträgt die Axialkräfte der Planetenrollen auf die erste Hülse, die an der zur ersten Hülse drehgesicherten zweiten Hülse anschlägt, mit welcher der Kolben verbunden ist, der beispielsweise eine Kupplung betätigt. Advantageously, the solution according to the invention is combined with the possibility of referencing, whereby an axial reference position / zero position of an axially movable element of the actuator can be determined. The two planet carriers are preferably non-rotatably supported in one, the ring gear surrounding and radially inwardly pointing at both ends first sleeve and this first sleeve is rotatably and axially displaceable received directly or via a second sleeve or other intermediate element in a frame-mounted housing. The ring gear transmits the axial forces of the planetary rollers on the first sleeve, which abuts against the first sleeve secured against rotation second sleeve, with which the piston is connected, for example, actuates a clutch.
Das Gehäuse ist an einem den Antrieb (bevorzugt einen Elektromotor) aufnehmenden Motorblock drehfest befestigt und gegen wenigstens eine Feder oder ein Federpaket vorgespannt, wobei die erste Hülse entgegen einer Ausrückbewegung des Kolbens gegen das Federpaket fahrbar ist, bis dieses auf Block gespannt ist. Dadurch ist es möglich, über die Kennlinie des Federpaketes die Nullposition bzw. einen axialen Referenzpunkt des PWGs und somit des Kolbens zu bestimmen. The housing is rotatably attached to a drive (preferably an electric motor) receiving engine block and biased against at least one spring or a spring assembly, wherein the first sleeve against a disengagement of the piston against the spring assembly is movable until it is stretched to block. This makes it possible to determine the zero position or an axial reference point of the PWG and thus of the piston via the characteristic curve of the spring assembly.
Die mit dem Planetenrollenträger drehfest und axialfest verbundene erste Hülse überträgt die Axialkräfte und die Bewegung in Form eines Axialhubes entweder direkt oder über die zweite Hülse (oder ein äquivalentes Zwischenelement) auf den Kolben, wodurch dieser eine Ausrückbewegung vollführt. In Referenzierrichtung drückt die erste Hülse zur Bestimmung des axialen Referenzpunktes/Nullpunktes auf die Feder/das Federpaket. The rotatably and axially fixedly connected to the planetary roller carrier first sleeve transmits the axial forces and the movement in the form of an axial stroke either directly or via the second sleeve (or an equivalent intermediate element) on the piston, whereby this performs a disengaging movement. In the homing direction, the first sleeve presses on the spring / spring assembly to determine the axial reference point / zero point.
Nachdem der Referenzpunkt/Nullpunkt bekannt ist, wird über die Steigung der Spindel die axiale Lage der ersten Hülse und somit der mit dieser in Verbindung stehenden weiteren axial beweglichen Bauteile (zweite Hülse/Kolben) bestimmbar, da diese gemeinsam mit den Planetenrollenträgern drehfest zum Gehäuse fixiert sind. After the reference point / zero point is known, the axial position of the first sleeve and thus the associated with this other axially movable components (second sleeve / piston) can be determined on the slope of the spindle, as it rotatably fixed to the housing together with the planetary roller carriers are.
Durch die Verdrehsicherung der Planetenrollenträger in Kombination mit dem Federpaket, welches axial einen Referenzpunkt ermöglicht, ist die Lagebestimmung mittels eines Drehwinkelgebers des E-Motors oder der Spindel realisierbar. Weiterhin ist die axiale Lagebestimmung über die Motorkennlinie bzw. die Kennlinie des Motorstromes möglich, da diese Kennlinien mit der Kennlinie der Feder/des Federpaketes (Kraft-/Weg-Verlauf) korrespondieren. By preventing rotation of the planetary roller carrier in combination with the spring assembly, which axially allows a reference point, the position determination by means of a rotary encoder of the electric motor or the spindle can be realized. Furthermore, the axial position determination on the motor characteristic curve or the characteristic of the motor current is possible because these characteristics correspond to the characteristic curve of the spring / spring assembly (force / displacement curve).
Weiterhin ist Position der Kupplung über deren Kennlinie mittels eines Plausibilitätschecks bestimmbar. Furthermore, the position of the clutch on the characteristic curve can be determined by means of a plausibility check.
Die Spindel weist eine Steigung 0 auf und ist vorteilhafter Weise lediglich mit einem Winkelgeber für einen Winkel-/Lagesensor kombiniert, welcher verdrehfest mit dem Rotor eines antreibenden Elektromotors verbunden ist. The spindle has a pitch 0 and is advantageously combined only with an angle encoder for an angle / position sensor which is rotationally connected to the rotor of a driving electric motor.
Die erste Hülse ist bevorzugt zweiteilig ausgebildet und wird beispielsweise über eine, diese umringende Klammer miteinander axial und drehfest verbunden.
Die zweite Hülse weist an ihrem Außendurchmesser eine Längsverzahnung auf, die mit einer Längsverzahnung an der Innenkontur des Gehäuses in Eingriff steht, derart dass die zweite Hülse drehfest und axial verschiebbar im Gehäuse aufgenommen ist. Weiterhin ist die zweite Hülse mit dem Kolben verbunden, so dass eine Axialbewegung auf den Kolben übertragen und dadurch die Kupplung betätigt wird. The first sleeve is preferably formed in two parts and is connected to each other, for example via a, this surrounding clamp together axially and rotationally fixed. The second sleeve has on its outer diameter to a longitudinal toothing, which is in engagement with a longitudinal toothing on the inner contour of the housing, such that the second sleeve is rotatably and axially slidably received in the housing. Furthermore, the second sleeve is connected to the piston, so that an axial movement is transmitted to the piston and thereby the clutch is actuated.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine schlupfbedingte Steigungsänderung vermieden (nicht Vermeidung von Schlupf), wobei ein guter Wirkungsgrad beibehalten wird. Damit kann der Einsatz eines Wegsensors entfallen und die Elektronik in Aktuatoren, die aufgrund erhöhter Funktions-Sicherheits-Anforderungen eine gezielte Position anfahren müssen, vereinfacht werden. Zur Positionierung wird nur ein integrierter Drehgeber genutzt, dessen Signal nur über ein plausibles Referenzieren gegen eine Kennlinie abgeglichen wird. With the solution according to the invention a slip-induced slope change is avoided (not avoiding slippage), wherein a good efficiency is maintained. Thus, the use of a displacement sensor can be omitted and the electronics in actuators, which must approach a specific position due to increased functional safety requirements, be simplified. Only one integrated rotary encoder is used for positioning, the signal of which is only adjusted against plausible referencing against a characteristic curve.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and associated drawings.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 den Längsschnitt des Aktuators, FIG. 1 shows the longitudinal section of the actuator,
Figur 2 die dreidimensionale Darstellung eines Längsschnitts mit eingezeichnetem Kraft- fluss F in Ausrückrichtung des Kolbens und FIG. 2 shows the three-dimensional representation of a longitudinal section with a marked force flow F in the direction of disengagement of the piston and FIG
Figur 3 den Längsschnitts des PWG mit erster und zweiter Hülse, FIG. 3 shows the longitudinal section of the PWG with first and second sleeves,
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung des PWG gemäß Figur 2 und 3, jedoch ohne zweite Hülse, FIG. 4 shows a three-dimensional representation of the PWG according to FIGS. 2 and 3, but without a second sleeve,
Figur 5 einen dreidimensionale Einzelteildarstellung des Gehäuses, FIG. 5 shows a three-dimensional partial illustration of the housing,
In Figur 1 ist ein Aktuator im Längsschnitt dargestellt, der eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) aufweist, mit welcher die durch eine Elektromotor E erzeugte Drehbewegung in eine axiale Hubbewegung umwandelt, durch welche ein Kolben 1 ausrückbar und dadurch eine nicht dargestellte Kupplung betätigbar ist. Das Getriebe in Form der eine Planetenwälzgewindespindel PWG (s. auch Fig. 2 und 3) weist eine Spindel 2 mit einem Außengewinde 2.1 mit einer Steigung auf, die mit einem nicht bezeichneten Rotor des Antriebes (hier E-Motor E) drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse L antreibbar ist. Mit der Spindel 2 stehen mehrere Planetenrollen 3 in Eingriff, die mit einem die Planetenrollen 3 umringenden Hohlrad 4, das Rillen in Umfangsrichtung aufweist, kämmen. Vorzugsweise werden drei oder ein Vielfaches von drei Planetenrollen 3 in Umfangsrichtung um die Spindel 2 positioniert. Die
Planetenrollen 3 sind an beiden Enden in jeweils einem Planetenrollenträger 5 drehbar aufgenommen, wobei die beiden Planetenrollenträger 5 drehfest abgestützt sind. In Figure 1, an actuator is shown in longitudinal section having a Planetenwälzgewindespindel (PWG), with which the rotational movement generated by an electric motor E converts into an axial stroke movement, by which a piston 1 disengageable and thereby a clutch, not shown, can be actuated. The gear in the form of a Planetenwälzgewindespindel PWG (see also Fig. 2 and 3) has a spindle 2 with an external thread 2.1 with a slope which rotatably connected to an unspecified rotor of the drive (here E-motor E) and the drive about a rotational axis L can be driven. With the spindle 2 are a plurality of planetary rollers 3 into engagement, which mesh with a planetary rollers 3 surrounding ring gear 4, the grooves in the circumferential direction. Preferably, three or a multiple of three planetary rollers 3 are positioned around the spindle 2 in the circumferential direction. The Planetary rollers 3 are rotatably received at both ends in each case a planetary roller carrier 5, wherein the two planetary roller carrier 5 are rotatably supported.
Dazu wird jeder Planetenrollenträger 5 in einem endseitig radial nach innen weisenden Bereich A1 der ersten Hülse A aufgenommen, die in zwei Hälften unterteilt ist, welche einen radial nach außen weisenden Bund 6 aufweisen und an diesem über eine Klammer 7 (bevorzugt aus Blech) miteinander drehfest und axial fest miteinander verbunden sind. Die erste Hülse A sitzt drehfest und axial fest in einer zweiten Hülse B, die wiederum drehfest aber axial verschiebbar in einem Gehäuse 8 aufgenommen und zu diesem abgedichtet ist. Die zweite Hülse B weist dabei an ihrem Außendurchmesser eine Außenverzahnung B1 auf (s. Figur 2), die mit einer Innenverzahnung 8.1 (s. auch Fig. 5) des Gehäuses 8 korrespondiert. Das Gehäuse 8 wird über einen radial nach außen weisenden Flanschbereich 8.2 an dem Motorgehäuse 9 des Elektromotors E gestellfest befestigt. For this purpose, each planetary roller carrier 5 is received in an end radially inwardly facing portion A1 of the first sleeve A, which is divided into two halves, which have a radially outwardly facing collar 6 and rotatably against each other via a bracket 7 (preferably made of sheet metal) and axially fixed to each other. The first sleeve A sits non-rotatably and axially fixed in a second sleeve B, which in turn rotatably but axially slidably received in a housing 8 and sealed to this. The second sleeve B has an outer toothing B1 on its outer diameter (see FIG. 2), which corresponds to an internal toothing 8.1 (see also FIG. The housing 8 is fastened to the motor housing 9 of the electric motor E in a frame-fixed manner via a flange region 8.2 pointing radially outwards.
Somit sind über das Gehäuse 8, die zweite Hülse B, die erste Hülse A und die Planetenrollenträger 5 verdrehfest angeordnet. Thus, via the housing 8, the second sleeve B, the first sleeve A and the planetary roller carrier 5 are arranged rotationally fixed.
Das Hohlrad 4 überträgt über zwei Axiallager 10 des PWG, die die interne PWG- Kraftweiterleitung gewährleisten, die Axialkräfte aus den Planetenrollen 3 mittels Formschluss (nicht bezeichnete umlaufende Rillen) in die Hülse A. The ring gear 4 transmits via two thrust bearings 10 of the PWG, which ensure the internal PWG force transmission, the axial forces from the planetary rollers 3 by means of positive engagement (not designated circumferential grooves) in the sleeve A.
Die erste Hülse A leitet die Axialkräfte und den Axialhub über die zweite Hülse B an das zu betätigende Element (hier der Kolben 1) weiter, der gemäß Figur 1 über ein Aufnahmeteil 11 an dem durch eine zentrische Öffnung 8.3 des Gehäuses 8 nach außen weisenden Ende der zweiten Hülse B befestigt ist. The first sleeve A forwards the axial forces and the axial stroke via the second sleeve B to the element to be actuated (here the piston 1), which, according to FIG. 1, via a receiving part 11 at the end pointing outwards through a central opening 8.3 of the housing 8 the second sleeve B is attached.
Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass das Gehäuse 8 mit seinem radial nach außen weisenden Flanschbereich 8.2 hier ein Federpaket 12 in Form eines Tellerfederpaketes 12 gegen das Motorgehäuse 9 vorspannt. Die erste Hülse A drückt in Referenzierrichtung, die entgegen der Ausrückbewegung des Kolbens 1 gerichtet ist, mit dem radial nach außen weisenden Bund 6, der mit der Klammer 7 umschlossen ist, auf das Federpaket 12, welches durch das Gehäuse 8 vorgespannt ist, um ein plausibles Referenzieren zu gewährleisten. From Figure 1 it can be seen that the housing 8 with its radially outwardly facing flange 8.2 here biases a spring assembly 12 in the form of a cup spring assembly 12 against the motor housing 9. The first sleeve A presses in the referencing, which is directed against the disengagement of the piston 1, with the radially outwardly facing collar 6, which is enclosed with the clamp 7, on the spring assembly 12, which is biased by the housing 8 to a to ensure plausible homing.
Die Spindel 2 ist mit einer Steigung Φ 0 versehen und weist einen nicht dargestellten Winkelgeber für einen Winkel und/oder Lagesensor auf, welcher/welche verdrehfest mit dem Rotor des antreibenden Elektromotors E verbunden ist/sind. The spindle 2 is provided with a pitch Φ 0 and has an angle sensor, not shown, for an angle and / or position sensor, which / which is rotationally connected to the rotor of the driving electric motor E is / are.
Eine Lagereinheit 13 ist dabei vorzugsweise als 4-Punkt-Lager, hier als Kombination aus Axial- und Radiallager, ausgeführt um die Axialkräfte und die Rotation der Spindel 2 zum Gehäuse 8 aufzunehmen.
Das Motorgehäuse 9 weist den Stator 9.1 , die erforderliche nicht bezeichnete Elektronik und Schnittstellen nach außen (Stecker 14, Kondensator 15 etc.) auf. Weiterhin ist mit dem Motorgehäuse 9 das Gehäuse 8 gestellfest gekoppelt, in dem über die Innenverzahnung 8.1 in Form der Längsnuten die Drehabstützung des Planetenrollenträgers 5 indirekt über die erste Hülse A und die zweite Hülse B realisiert wird. A bearing unit 13 is preferably designed as a 4-point bearing, here as a combination of axial and radial bearings, to accommodate the axial forces and the rotation of the spindle 2 to the housing 8. The motor housing 9 has the stator 9.1, the required non-designated electronics and interfaces to the outside (plug 14, capacitor 15, etc.). Furthermore, with the motor housing 9, the housing 8 is fixed to the frame, in which on the internal teeth 8.1 in the form of longitudinal grooves, the Drehabstützung of the planetary roller carrier 5 is realized indirectly via the first sleeve A and the second sleeve B.
Durch die Verwendung eines PWG mit drehfest abgestützten Planetenrollenträger 5 und damit verbunden einer schlupfunabhängigen Systemsteigung in Kombination mit der Möglichkeit des Referenzierens kann in dem erfindungsgemäßen Aktuator auf einen Wegsensor (nach Stand d. Technik ist dieser aufgrund von Schlupf notwendig) und die dazugehörigen Komponenten in der Elektronik verzichtet werden. By using a PWG with rotatably supported planetary roller carrier 5 and associated a schlupfunabhängigen system pitch in combination with the possibility of referencing in the actuator according to the invention on a displacement sensor (according to the state of the art is this due to slippage necessary) and the associated components in the Electronics are dispensed with.
In den Figuren 2 und 3 ist nochmals zur Verdeutlichung das Getriebe des Aktuators in Form der Planetenwälzgewindespindel PWG dargestellt, welches bereits in Figur 1 im Wesentlichen beschrieben wurde. In Figures 2 and 3, the transmission of the actuator in the form of Planetenwälzgewindespindel PWG is again shown for clarity, which has already been described in Figure 1 essentially.
Dabei wird in Figur 2 der Kraftverlauf F über die Spindel 2 auf die zweite Hülse B, mit welcher der nicht dargestellte Kolben 1 betätigt wird, mit dem Pfeil dargestellt und es ist aus den Figuren 2 und 3 die Außenverzahnung B1 in Form von Längsnuten in der zweiten Hülse B ersichtlich. Die zweite Hülse B erstreckt sich mit dem Bereich, der die Außenverzahnung B1 aufweist, nur über eine Hälfte der ersten Hülse A und weist nach der Außenverzahnung B1 einen radial nach innen weisenden Absatz B2 auf, an dem die erste Hülse A innen axial anschlägt. Radial innen schließt sich an den Absatz B2 ein rohrförmiger Bereich B3 an, der die Spindel 2 umringt und an dem der Kolben 1 (s. Fig. 1) befestigt ist. In this case, in FIG. 2, the force profile F is represented by the spindle 2 on the second sleeve B, with which the piston 1, not shown, is actuated, with the arrow, and it is shown in FIGS. 2 and 3 that the external teeth B1 are in the form of longitudinal grooves in FIG second sleeve B can be seen. The second sleeve B extends with the region having the external teeth B1, only over one half of the first sleeve A and has after the external teeth B1 on a radially inwardly facing shoulder B2, on which the first sleeve A axially abuts inside. Radially inwardly, a tubular region B3 adjoins the shoulder B2, which surrounds the spindle 2 and on which the piston 1 (see Fig. 1) is fastened.
Figur 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des PWG gemäß Figur 2 und 3, jedoch nur mit Hülse A und ohne zweite Hülse B. An dem radial nach innen weisenden Bereich A1 weist die erste Hülse A Aussparungen A2 auf, in welche die Planetenrollenträger 5 formschlüssig eingreifen, so dass diese zur ersten Hülse A drehfest sind. Die beiden Hälften der ersten Hülse A und die Klammer 7 sind über ineinandergreifende Formelemente 16 miteinander drehfest und axial fest gesichert. FIG. 4 shows a three-dimensional illustration of the PWG according to FIGS. 2 and 3, but only with sleeve A and without second sleeve B. At the radially inward-pointing region A1, the first sleeve A has recesses A2 into which the planetary roller carriers 5 engage in a form-fitting manner. so that they are rotationally fixed to the first sleeve A. The two halves of the first sleeve A and the bracket 7 are rotatably secured together by means of interlocking mold elements 16 and secured axially.
Aus Figur 5 ist eine Einzelteildarstellung 5 des Gehäuses 8 ersichtlich, welches eine Innenverzahnung 8.1 in Form einer Längsverzahnung bzw. Längsrillen aufweist und damit die zweite Hülse B mit deren Außenverzahnung B1 drehfest und axial verschiebbar aufnimmt. Das Gehäuse 8 wird mit seinem Flanschbereich 8.2 am Motorgehäuse 9 (hier nicht dargestellt) befestigt und weist dazu Schraubbohrungen 8.4 auf. FIG. 5 shows an individual part illustration 5 of the housing 8, which has an internal toothing 8.1 in the form of a longitudinal toothing or longitudinal grooves and thus rotatably and axially displaceably receives the second sleeve B with its external toothing B1. The housing 8 is fastened with its flange region 8.2 on the motor housing 9 (not shown here) and has screw holes 8.4 for this purpose.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Planetenrollenträger erstmals drehfest abgestützt. Die Spindel 2 wird verdrehfest mit dem Rotor verbunden und das Hohlrad 4 überträgt
die Axialkräfte der Planetenrollen 3 auf die eine erste Hülse A, die zweiteilig vorzugsweise als Blechteil ausgebildet ist. Die erste Hülse A schlägt an eine zweite Hülse B an, die die Hubbewegung des Kolbens 1 ermöglicht. Hülse A ist gegenüber Hülse B drehgesichert und die Planetenrollenträger 5 sind verdrehsicher in A gelagert. Durch diese Verdrehsicherung in Kombination mit dem Federpaket 12, welches axial einen Referenzpunkt ermöglicht, kann eine Lagemessung auf einfache Weise mittels eine Drehwinkelgebers des E-Motors E oder der Spindel 2 erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt noch ein Plausibilitätscheck über die Kennlinie der Kupplung um die Position richtig zu bestimmen. According to the present invention, the planetary roller carrier is first rotationally supported. The spindle 2 is rotationally connected to the rotor and the ring gear 4 transmits the axial forces of the planetary rollers 3 on a first sleeve A, which is preferably formed in two parts as a sheet metal part. The first sleeve A strikes against a second sleeve B, which allows the lifting movement of the piston 1. Sleeve A is secured against rotation sleeve B and the planetary roller carrier 5 are mounted against rotation in A. By this rotation in combination with the spring assembly 12, which axially allows a reference point, a position measurement can be done in a simple manner by means of a rotary encoder of the electric motor E or the spindle 2. In a preferred embodiment, a plausibility check is still carried out on the characteristic curve of the clutch to determine the position correctly.
Es kann die Vermeidung von schlupfbedingter Steigungsänderung (nicht Vermeidung von Schlupf) unter Beibehaltung eines guten Wirkungsgrades realisiert werden. Weiterhin wird eine einfache Möglichkeit des Referenzierens zur Verfügung gestellt. Dadurch kann der Wegsensor entfallen und die Elektronik in Aktuatoren die aufgrund erhöhter Funktionssicherheits- Anforderungen eine gezielte Position anfahren müssen, entfallen. Zur Positionierung wird nur ein integrierter Drehgeber genutzt, dessen Signal nur über ein plausibles Referenzieren gegen eine Kennlinie abgeglichen wird.
It can avoid the slip-induced slope change (not avoiding slippage) while maintaining a good efficiency can be realized. Furthermore, a simple possibility of referencing is provided. As a result, the displacement sensor can be dispensed with and the electronics in actuators that have to approach a specific position due to increased functional safety requirements are eliminated. Only one integrated rotary encoder is used for positioning, the signal of which is only adjusted against plausible referencing against a characteristic curve.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 Kolben 1 piston
Spindel spindle
.1 Außengewinde .1 external thread
3 Planetenrollen 3 planetary roles
Hohlrad ring gear
5 Planetenrollenträger 5 planetary roller carriers
6 Bund 6 fret
7 Klammer 7 clip
8 Gehäuse 8 housing
8.1 Innenverzahnung 8.1 Internal toothing
8.2 Flanschbereich 8.2 Flange area
8.3 Öffnung 8.3 opening
8.4 Schraubbohrungen 8.4 screw holes
9 Motorgehäuse 9 motor housing
9.1 Stator 9.1 stator
10 Axiallager 10 thrust bearings
1 1 Aufnahmeteil 1 1 receiving part
12 Federpaket 12 spring pack
13 Lagereinheit 13 storage unit
14 Stecker 14 plugs
5 Elektronik (Kondensator) 5 electronics (capacitor)
16 Formelemente 16 form elements
A erste Hülse A first sleeve
A1 radial nach innen weisender Bereich A1 radially inwardly facing area
B zweite Hülse B second sleeve
B1 Außenverzahnung B1 external toothing
B2 Absatz B2 paragraph
B3 rohrförmiger Bereich B3 tubular area
E Elektromotor E electric motor
F Kraftfluss F power flow
L Drehachse L rotation axis
PWG Planetenwälzgewindespindel
PWG planetary roller screw
Claims
1. Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel (PWG), insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges, wobei eine zentrische eine Steigung aufweisende Spindel (2) mit einem Rotor eines Antriebes drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse (L) antreibbar ist und mehrere Planetenrollen (3) mit der Spindel (2) in Eingriff stehen und mit einem die Planetenrollen (3) umringenden Hohlrad (4), das Rillen in Umfangsrichtung aufweist, kämmen, wobei die Planetenrollen (3) an beiden Enden in einem Planetenrollenträger (5) positioniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenrollenträger (5) an beiden Enden drehfest abgestützt sind derart, dass eine feste Zuordnung der Steigung der Spindel (2) zu einem Axialhub eines mittels des PWG axial beweglichen Bauteils, welches mit einem axial betätigbaren Kolbens (1) wirkverbunden ist, realisiert ist. 1. Actuator with Planetenwälzgewindespindel (PWG), in particular for the actuation of a clutch of a vehicle, wherein a centric pitch having a spindle (2) rotatably connected to a rotor of a drive and the drive about a rotational axis (L) is driven and a plurality of planetary rollers (3) meshing with the spindle (2) and meshing with a ring gear (4) having circumferential grooves in the planetary rollers (3), the planetary rollers (3) being positioned at both ends in a planetary roller carrier (5) are, characterized in that the planetary roller carrier (5) are rotatably supported at both ends such that a fixed assignment of the pitch of the spindle (2) to an axial stroke of an axially movable member by means of the PWG, which with an axially actuated piston (1) is actively connected, is realized.
2. Aktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenrollenträger (5) drehfest in einer, das Hohlrad (4) umringenden und an beiden Enden radial nach innen weisenden ersten Hülse (A) drehfest abgestützt sind, und dass die erste Hülse (A) direkt oder über eine zweite Hülse (B) drehfest und axial verschiebbar in einem gestellfesten Gehäuse (8) aufgenommen ist. 2. Actuator according to claim 1, characterized in that the planetary roller carrier (5) rotationally fixed in one, the ring gear (4) and rotationally fixed at both ends radially inwardly facing first sleeve (A) are supported, and in that the first sleeve (A ) directly or via a second sleeve (B) rotatably and axially displaceable in a frame-mounted housing (8) is added.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (4) die Axialkräfte der Planetenrollen (3) auf die erste Hülse (A) überträgt, die an der zur ersten Hülse (A) drehgesicherten zweiten Hülse (B) anschlägt, mit welcher der Kolben (1) verbunden ist. 3. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the ring gear (4) transmits the axial forces of the planetary rollers (3) on the first sleeve (A) which abuts against the first sleeve (A) secured against rotation second sleeve (B) to which the piston (1) is connected.
4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) an einem den Antrieb aufnehmenden Motorblock drehfest befestigt und gegen ein wenigstens eine Feder oder ein Federpaket (12) vorgespannt ist und dass die erste Hülse (A) entgegen einer Ausrückbewegung des Kolbens (1) gegen das Federpaket (12) fahrbar ist, bis dieses auf Block gespannt ist und über die Kennlinie des Federpaketes (12) eine Nullposition/ein axialer Referenzpunkt des PWGs und somit des Kolbens (1) bestimmbar ist. 4. Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing (8) rotatably attached to a drive motor block and is biased against at least one spring or a spring assembly (12) and that the first sleeve (A) against a disengagement movement of the piston (1) against the spring assembly (12) is movable until it is stretched to block and on the characteristic of the spring assembly (12) a zero position / an axial reference point of the PWG and thus the piston (1) can be determined.
5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Planetenrollenträger (5) drehfest und axialfest verbundenen erste Hülse (A) die Axialkräfte und die Bewegung in Form eines Axialhubes an den Kolben (1) über die zweite Hülse (B) überträgt und in Referenzierrichtung auf die Feder/das Federpaket (12) drückt.
5. Actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that with the planetary roller carrier (5) rotatably and axially fixedly connected first sleeve (A) the axial forces and the movement in the form of an axial stroke of the piston (1) via the second sleeve (B) transmits and presses in the direction of reference to the spring / spring assembly (12).
6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, durch die Verdrehsicherung der Planetenträger in Kombination mit dem Federpaket (12), welches axial einen Referenzpunkt ermöglicht, eine Lagebestimmung mittels eines Drehwinkelgebers des E-Motors (E) oder der Spindel (2) realisierbar ist. 6. Actuator according to one of claims 1 to 5, characterized by the rotation of the planet carrier in combination with the spring assembly (12), which axially allows a reference point, a position determination by means of a rotary encoder of the electric motor (E) or the spindle ( 2) is feasible.
7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Kupplung über deren Kennlinie mittels eines Plausibilitätschecks bestimmbar ist. 7. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the position of the clutch on the characteristic curve by means of a plausibility check can be determined.
8. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (2) eine Steigung 0 aufweist und mit einem Winkelgeber für einen Winkel- /Lagesensor kombiniert ist, welcher verdrehfest mit dem Rotor eines antreibenden Elektromotors (E) verbunden ist. 8. Actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the spindle (2) has a pitch 0 and is combined with an angle sensor for an angle / position sensor which is rotationally connected to the rotor of a driving electric motor (E) ,
9. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hülse (A) zweiteilig ausgebildet ist und dass die beiden Teile der ersten Hülse (A) über eine, diese umringende Klammer (7) miteinander verbunden sind und dass die zweite Hülse (B) axial und drehfest mit der ersten Hülse (A) verbunden ist und dass die zweite Hülse (B) an ihrem Außendurchmesser eine Längsverzahnung aufweist, die mit einer Längsverzahnung an der Innenkontur des Gehäuses (8) in Eingriff steht, derart, dass die über zweite Hülse (B) drehfest und axial verschiebbar im Gehäuse (8) aufgenommen ist. 9. Actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first sleeve (A) is formed in two parts and that the two parts of the first sleeve (A) via one, this surrounding clamp (7) are interconnected and that the second sleeve (B) axially and rotationally fixed to the first sleeve (A) is connected and that the second sleeve (B) at its outer diameter has a longitudinal toothing which is in engagement with a spline on the inner contour of the housing (8), in such that the second sleeve (B) is rotatably and axially displaceably received in the housing (8).
10. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hülse (B) mit dem Kolben (1) drehfest verbunden ist.
10. Actuator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the second sleeve (B) with the piston (1) is rotatably connected.
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