EP4728208A1 - Aktor zur bereitstellung eines drehmoments mit einem linearantrieb - Google Patents

Abstract

Aktor (1 ) zur Bereitstellung eines Drehmoments mit einem Linearantrieb (2) und einem Getriebe (3) zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung, wobei das Getriebe (3) einen Hebel (4) umfasst, der eine mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle (5) drehantreibt, wobei das Getriebe (3) weiter ein Koppelelement (6) aufweist, das Koppelelement (6) über eine erste Verbindungsstelle (7) mit dem Linear-antrieb (2) und mit einer zweiten Verbindungsstelle (8) mit dem Hebel (4) verbunden ist, so dass ein Energieübertrag zwischen Linearantrieb (2) und Hebel (4) ausschließlich über das Koppelelement (6) erfolgt, und das Koppelement (6) in beiden Verbindungsstelle (7, 8) drehbar gelagert ist.

Description

Aktor zur Bereitstellung eines Drehmoments mit einem Linearantrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktor zur Bereitstellung eines Drehmoments mit einem Linearantrieb und einem Getriebe zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung, wobei das Getriebe einen Hebel umfasst, der eine mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle drehantreibt.

Solche Aktoren sind bereits aus der DE 10 2016 207 827 A1 mit einer nichtlinearen Betätigungskraft für eine Betätigungseinheit für ein Automatikgetriebe (vorzugsweise ein PRND-Automatikgetriebesystems) eines Kraftfahrzeuges bekannt. Hierfür ist für die Erzeugung der Nichtlinearität eine entsprechende Kulissenbahn vorgesehen.

Ein Aktor, vorzugsweise für eine Kupplungsbetätigung mit einer gelenkigen Übersetzung zwischen einem Lineargetriebe und einer Welle ist aus der WO 2015 070 850 A1 bekannt.

Allgemein ist so ein Aktor auf bereits aus der DE 10 2018 116 133 A1 bekannt.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe einen gattungsgemäßen Aktor auf einfache Weise mit einer nichtlinearen Kennlinie bereitzustellen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen gattungsgemäßen Aktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Getriebe des Aktors weiter ein Koppelelement aufweist, welches über eine erste Verbindungsstelle mit dem Linearantrieb und mit einer zweiten Verbindungsstelle mit dem Hebel verbunden ist, so dass ein Energieübertrag zwischen Linearantrieb und Hebel ausschließlich über das Koppelelement erfolgt, und das Koppelement in beiden Verbindungsstellen drehbar gelagert ist.

Mit dem Koppelelement wird zusätzlich zu dem Hebel und dem Linearantrieb ein drittes, diese verbindendes Bauteil bereitgestellt, welches auf besonders einfache Weise montiert werden kann und eine nichtlineare Kennlinie des Aktors durch einen entsprechenden Energieübertrag vom Linearantrieb auf den Hebel und damit auf die Welle ermöglicht.

Weiter ist vorgesehen, dass der Hebel an einem zweiten Hebelende über eine dritte Verbindungstelle drehfest mit der Welle und an einem ersten Hebelende drehbar über die zweite Verbindungsstelle mit dem Koppelelement verbunden ist und der Hebel eine starre Verbindung zwischen den beiden Verbindungsstellen herstellt. Über die Anpassung der Positionen der Verbindungsstellen und die Länge des Koppelelements kann auf einfache Weise die Nichtlinearität des Aktors angepasst werden, da nicht der Abstand des zweiten Hebelendes zur Welle variiert werden kann, sondern ausschließlich das übertragende Drehmoment bzw. die entsprechende Drehgeschwindigkeit. Mit anderen Worten wird durch die gehäusefeste Position der dritten Verbindungsstelle als Zwangsbedingung die Bewegung des Hebels im Raum definiert und Drehgeschwindigkeit und Drehmoment der Welle durch die Länge des Koppelelements in Verbindung mit seiner Position am Linearantrieb bestimmt.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass das Koppelelement eine starre Verbindung zwischen der ersten und zweiten Verbindungsstelle herstellt, so dass eine lineare Bewegung der ersten Verbindungsstelle durch den Linearantrieb in einer erste Schwenkbewegung der zweiten Verbindungsstelle um die erste Verbindungsstelle, als auch in einer zweite Schwenkbewegung der zweiten Verbindungsstelle um die dritte Verbindungsstelle resultiert, so dass auf Grund der drehfesten Verbindung des Hebels mit der Welle durch die zweite Schwenkbewegung eine Rotation der Welle hervorgerufen wird. Der zurückgelegte Weg der zweiten Verbindungsstelle ist durch die Zwangsbedingung des starren Hebels vorgegeben. Durch die entsprechende Superposition der beiden Verschwenkungen zu einer fest vorgegebenen Kurve wird entsprechend die Nichtlinearität der Drehgeschwindigkeit bzw. des übertragenden Drehmoments vorgegeben.

Die Erfindung sieht ebenfalls vor, dass das Koppelelement den Hebel und den Linearantrieb so miteinander verbindet, dass die zweite Verbindungsstelle entlang einer Bahnkurve bewegt wird, so dass in einem ersten Arbeitsbereich um einen ersten Endpunkt der Bahnkurve eine Bewegung der ersten Verbindungsstelle durch den Linear- antrieb in eine erste Rotationsbewegung der Welle übersetzt wird und in einem zweiten Arbeitsbereich um einen zweiten Endpunkt eine Bewegung der ersten Verbindungsstelle durch den Linearantrieb in eine zweite Rotationsbewegung der Welle untersetzt wird, wobei die erste Rotationsbewegung in einem Zeitintervall einen größeren Winkelbereich bei einer kleineren Kraftübertragung überstreicht als die zweite Rotationsbewegung. Auf diese Weise können bestimmte Arbeitspunkte und ein dazwischen liegenden Übergangsbereich für die Betätigungskraft der Welle definiert werden, die einer gewünschten Nichtlinearität der Betätigung entsprechen und ineinander übergehen.

In einer erfindungsgemäßen ersten Alternative ist vorgesehen, dass im zweiten Endpunkt das Koppelelement senkrecht zum Hebel und zur Bewegungsachse des Linearantriebs und der Hebel parallel zur Bewegungsachse ausgerichtet ist. Ein Kraftübertrag ist bei solcher einer Anordnung nur schlecht möglich. Die vom Linearantrieb auf das Koppelelement wirkende Kraft wirkt entsprechend senkrecht zur Tangente des durch das zweite Hebelende beschriebenen Kreisbogens, ein übertragendes Drehmoment ist nur sehr klein, entsprechend kann eine hohe Drehgeschwindigkeit erreicht werden. In dieser Anordnung ist ebenfalls eine Selbsthemmung des Aktors gegeben. Dieses gilt umso mehr, wenn Reibstellen des Aktors berücksichtigt werden.

In einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung ist es alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass im ersten Endpunkt das Koppelelement parallel zur Bewegungsachse des Linearantriebs und senkrecht zum Hebel ausgerichtet ist. Hieraus resultiert ein maximales Drehmoment und eine minimale Drehgeschwindigkeit. Entsprechend ist auch hier eine stabile Stellung des Aktors gegeben.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im ersten Endpunkt ein erster, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen des ersten Endpunkts und/oder im zweiten Endpunkt ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen des zweiten Endpunkts vorgesehen ist, und wobei das zweite Hebelende zum Anschlägen des Hebels an den ersten und/oder zweiten Anschlag ausgebildet ist. Auf diese Weise können die beiden stabilen Endpunkte des Aktors sicher angefahren werden und auch gegen Vibrationen gehalten werden. Die Anschläge können z.B. in Verlängerung einer Spindel des Linearantriebs an einem Aktorgehäuse und in der entgegengesetzten Endlage als ein Anschlag für den Hebel vorgesehen sein.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste und / oder zweite Anschlag integral aus einem Aktorgehäuse ausgebildet ist.

Der Vorteil der Positionierung der Anschläge am Gehäuse statt einer Begrenzung der linearen Verstellmöglichkeit des Linearantriebs innerhalb des Linearantriebs, besteht darin, dass ein Rotorlager des Linearantriebs in einer Weiterentwicklung zwischen Linearantrieb und Hebel angeordnet ist und somit der aufsummierte Reibwert, welcher hauptsächlich von den Gleitreibwerten innerhalb des Linearantriebs und den Anschlägen bestimmt wird und nur vernachlässigbar vom Rollreibwert des Rotorlagers, nicht so stark schwankt wie eine Kombination aus lediglich Gleitreibstellen. Somit lässt sich das erforderliche Antriebsmoment des Linearantriebs, welches notwendig ist, um eine sichere Verspannung in den Anschlägen zu gewährleisten genauer eingrenzen.

Das Verfahren zum sicheren Verspannen des Aktors in seinen Endpunkten besteht in einem verlangsamten/langsamen Anfahren des Linearantriebs in einen jeweiligen Anschlagsbereich. Hierdurch wird z.B. eine vom Linearantrieb umfasste Spindel an einen der Anschläge und / oder der Hebel an den anderen Anschlag angefahren. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird der Linearantrieb weiter in die gleiche Richtung verfahren, bzw. eine entsprechende Spindel wird weiter auch nach Erreichen des jeweiligen Anschlags verdreht und Linearantrieb, Spindel oder Hebel werden mit einem definierten Drehmoment verfahren, welches sicher unterhalb des maximal möglichen Drehmoments eines Motors oder E-Motors liegt, welcher den Linearantrieb, bzw. die Spindel antriebt. Somit ist gewährleistet, dass die Verspannung auch bei geänderten Randbedingungen (Schmierungszustand-, Temperatur- sowie Stromversorgungs- Schwankungen usw.) sicher aufgelöst werden kann, um in einen normalen Betriebszustand übergehen zu können.

Um ein Anfahren der Anschläge zum Einstellen oder Kalibrieren des Aktors besonders kontrolliert zu ermöglichen, ist es in einer Weiterentwicklung vorgesehen, dass der erste und/oder zweite Anschlag eine gezielte Weichheit aufweisen, so dass eine vorgegebene lineare Bewegung des Linearantriebs ermöglicht wird.

Auch über den Wirkradius der Anschläge für die Spindel bzw. den Hebel bzw. deren Variation bei der Auslegung kann das erforderliche Sicherungsmoment auf einen sinnvollen Wert vorbestimmt werden.

Da für die Anschläge keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden, sondern lediglich eine angepasste Geometrie des Aktorgehäuses, kann die Sicherung der Endanschläge fast kostenneutral implementiert werden.

Abschließend betrifft die Erfindung einen Aktor umfassend einen Linearantrieb und Getriebe zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine rotative Bewegung. Prinzipiell sind dem Fachmann verschiedene Arten von Linearantrieben nach unterschiedlichen Prinzipien wohlbekannt, seien es mechanische oder hydraulische Linearantriebe. Der Linearantrieb kann z.B. durch einen Kugelgewindetrieb oder ein Planetenwälzgewindetrieb gebildet werden. Die lineare Bewegung kann entsprechend durch eine Mutter auf einer Spindel oder durch eine Spindel selbst bereitgestellt werden. Die rotative Bewegung einer Welle wird durch einen drehfest mit der Welle verbundenen Hebel erzeugt. Zwischen dem Hebel und dem linearen Bewegungselement (Mutter oder Spindel, o.Ä.) des Linearantriebs wird durch ein Koppelelement eine starre Verbindung hergestellt. D.h. die Verbindungsstelle des Koppelelements am Linearantrieb wird ausschließlich entlang einer geraden Strecke linear bewegt, die Verbindungsstelle des Koppelelements am Hebel wird ausschließlich entlang einer Kreisbahn mit einem vorgegebenen Radius r um die Achse der Welle herum verschwenkt, während der Abstand zwischen den beiden Verbindungsstellen am Hebel und am Linearantrieb immer gleichbleibt. Auf diese Weise wird eine Bahnkurve der zweiten Verbindungsstelle am Hebel realisiert, die in einem ersten Arbeitsbereich eine schnellere Winkelgeschwindigkeit bei einem geringeren Drehmoment und in einem zweiten Arbeitsbereich eine niedrigere Winkelgeschwindigkeit bei einem höheren Drehmoment zum Antrieb der Welle zur Verfügung stellt. Zwischen den beiden Arbeitsbereichen befindet sich ein entsprechender Übergangsbereich.

Auf diese Weise kann durch die Welle eine Rotationsbewegung mit einer variablen

Kennlinie bereitgestellt werden, d.h. in einem ersten Winkelbereich mit einer größeren Winkelgeschwindigkeit als in einem zweiten Winkelbereich und einem entsprechenden kleineren Drehmoment im ersten Winkelbereich als im zweiten Winkelbereich. Diese Rotationsbewegung kann zur Betätigung von Disconnect-Units, Kupplungen, Bremsen oder Parksperren innerhalb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges oder Nutzfahrzeuges genutzt werden.

Durch die hier beschriebene Kniehebelmechanik entsteht eine nichtlineare Kennlinie zwischen linearem Vortrieb des Linearantriebs, z.B. einem Spindelweg und Verdrehung des Hebels bzw. Antriebskraft des Linearantriebs, bzw. Spindelkraft und Drehmoment des Hebels. Somit eignet sich ein solcher Aktor besonders zur Betätigung von Lasten, welche eine ebenfalls nichtlineare Betätigungskraft-Kennlinie besitzen. Als Beispiel kann hier eine Parksperrenbetätigung genannt werden.

Durch diese Anordnung kann die Welle zur Betätigung von Lasen sehr nahe dem Linearantrieb angeordnet werden - deutlich näher, als wenn ein vergleichbar großes Betätigungsmoment allein durch einen Betätigungshebel erzeugt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf welches diese aber nicht beschränkt ist, und aus dem sich weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben können ist in den folgenden Figuren gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Aktor mit einer teilweisen Schnittansicht,

Fig. 2: eine symbolische Darstellung einer Bahnkurve des Hebels zur Wellenbetätigung,

Fig. 3: eine alternative Anordnung eines Koppelelements zwischen einem Hebel und einer Spindel

Fig. 4 eine Veranschaulichung der durch den Aktor gemäß Fig. 3 erzeugten Drehmomente,

Fig. 5 und 6: ein Aktor gemäß Fig. 1 in Schnittansicht mit einem Hebel in einem ersten Endpunkt und einem zweiten Endpunkt Fig. 7: eine Hälfte eines Aktorgehäuses

Die Fig. 1 zeigt einen Aktor 1 zur Umsetzung einer Linearbewegung eines Linearantriebs 2 in eine Rotationsbewegung 23,24 einer Welle 5.

Der Linearantrieb 2 umfasst dafür eine Spindel 50. Die Spindel 50 weist eine Endkappe 51 auf, welche hier einseitig über eine Stützrolle 52 mit einem Koppelelement 6 verbunden ist. Statt wie hier dargestellt nur eine einseitige Stützrolle 52 können auch beidseitig Stützrollen mit jeweils einem eigenen Koppelelement verbunden sein.

Die Stützrolle 52 stellt eine erste Verbindungsstelle 7 zur drehbaren Lagerung des Koppelelements 6 dar.

Das Koppelelement 6 ist als sich linear erstreckendes, starres Blechteil ausgebildet, welches am einen Ende über die erste Verbindungsstelle 7 mit der Spindel 50 und über eine zweite Verbindungsstelle 8 am zweiten Ende mit einem Hebel 4 verbunden ist. Über die zweite Verbindungsstelle 8 ist das Koppelelement 6 ebenfalls drehbar am Hebel 4 gelagert.

Der Hebel 4 erstreckt sich von seinem ersten Hebelende 9 mit der zweiten Verbindungsstelle 8 zu einer dritten Verbindungsstelle 10 am zweiten Hebelende 11 . Der Hebel 4 ist an der dritten Verbindungsstelle 10 drehfest mit einer Welle 5 verbunden. Hierfür weist der Hebel 4 dort eine Loch 53 mit einer Innenverzahnung 54 auf. Die Welle 5 weist eine entsprechende Außenverzahnung 55 auf, welche in die Innenverzahnung 54 eingreift. Die Welle 5 ist drehbar in einem Aktorgehäuse 40 gelagert, und durchgreift das Aktorgehäuse 40 in Richtung einer Wellenachse 56. Die Wellenachse 56 verläuft senkrecht sowohl zur Bewegungsachse 41 der Spindel 50 als auch zur Erstreckungsrichtung 57 des Koppelelements 6.

Außerhalb des Aktorgehäuses 40 ist die Welle 5 mit einem Betätigungselement 60 verbunden. Hierbei kann es sich um eine Exzenterscheibe, eine Konturenscheibe o- der ähnliches handeln, welche mittels der Welle 5 in Rotation versetzt wird. Über dieses Betätigungselement 60 kann eine Parksperre, eine Bremse, eine Kupplung oder Ähnliches betätigt werden. Spindel 50, Endkappe 51 , Koppelelement 6 und Hebel 4 sind dabei Bestandteile eines Getriebes 3, welches eine lineare Bewegung der Spindel 50 des Linearantriebs 2 in eine Rotationsbewegung 23,24 der Welle 5 zum Antrieb des Betätigungselements 60 umwandelt.

In Fig. 1 befindet sich die Spindel 50 in einer Position P1 , wodurch die Erstreckungsrichtung 57 des Koppelelements 6 praktisch senkrecht zur Bewegungsachse 41 der Spindel 50 und zum Hebel 4 liegt. In der Position P1 ist die Spindel 50 praktisch voll ausgefahren und die zweite Verbindungsstelle 8 befindet sich in einem zweiten Endpunkt 22. Wird die Spindel 50 zurückgezogen, so ist entsprechender Verfahrweg der Spindel 50 mit einem kleineren Verfahrweg der zweiten Verbindungsstelle 8 senkrecht dazu über das Koppelelement 6 gekoppelt. D.h. in diesem Fall wird die lineare Bewegung des Linearantriebs 2 in eine zweite Rotationsbewegung 24 umgesetzt. Hierbei wird ein maximales Drehmoment bei einer minimalen Drehgeschwindigkeit auf die Welle 5 übertragen.

Eine Veranschaulichung des übertragenden Drehmoments und der damit verbunden Drehgeschwindigkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Im linken Teil der Fig. 2 befindet sich die zweite Verbindungsstelle 8 in dem zweiten Endpunkt 22, wie auch in Fig. 1 dargestellt, im rechten Teil befindet sie sich in einem ersten Endpunkt 21. Im zweiten Endpunkt 22 der zweiten Verbindungsstelle 8 befindet sich die erste Verbindungsstelle 7 des Koppelelements 6 auf der Bewegungsachse 41 der Spindel 50. Eine Linearbewegung zum Einfahren der Spindel 50 in Richtung 61 zieht den Hebel 4 über die zweite Verbindungsstelle 8 in eine zweite Rotationsbewegung 24 um die dritte Verbindungsstelle 10 herum. Die zweite Verbindungsstelle 8 folgt dabei einer Bahnkurve 20 mit dem Abstand r zwischen der zweiten Verbindungsstelle 8 und der dritten Verbindungsstelle 10. Diese Bewegung des Hebels 4 ist im zweiten Endpunkt 22 durch eine minimale Drehgeschwindigkeit und ein maximales Drehmoment geprägt.

Im rechten Teil der Fig. 2 befindet sich die zweite Verbindungsstelle 8 in einem ersten Endpunkt 21. Hier ist die Spindel 50 so weit zurückgezogen, dass das Hebelelement 4 praktisch vollständig parallel zur Spindel 50 auf der Bewegungsachse 41 liegt. Ein Herausfahren der Spindel 50 führt dann zu einer maximalen Drehgeschwindigkeit und minimalen Drehmoment des Hebels 4. Im Bereich zwischen den beiden Endpunkten 21 , 22 wird der Hebel 4 somit mit einer nichtlinearen Drehmomentkennlinie angetrieben. Die Welle 5 wird entsprechend angetrieben und die nichtlineare Kennlinie der Welle 5 kann zur Betätigung einer nichtlinearen Last, wie z.B. einer Parksperre verwendet werden.

In Fig. 3 ist eine alternative Anordnung des Koppelelements 6 zwischen dem Hebel 4 und der Spindel 50 gezeigt. Die Spindel 50 befindet sich hier in der eingefahrenen Position P2, wobei sich hier die zweite Verbindungsstelle 8 dann im zweiten Endpunkt 22' befindet. In der parallelen Stellung des Koppelelements 6 liegt dieses so, dass es die Spindel 50 in Richtung der Bewegungsachse 41 überdeckt. Das Koppelelement 6 ist praktisch im Gegensatz zur Ausführung nach den Figuren 1 und 2 um 90° gekippt. Eine Veranschaulichung der durch diesen Aktor erzeugten Drehmomente findet sich in Fig. 4. Hier ist auf der linken Seite ein erster Endpunkt 21 ‘ der zweiten Verbindungsstelle 8 gezeigt, während auf der rechten Seite entsprechend ein zweiter Endpunkt 22' dargestellt ist. Dazwischen wird die zweite Verbindungsstelle 8 entlang der Bahnkurve 20' bewegt. Auch hier wird am zweiten Endpunkt 22' (rechts) ein maximales Drehmoment und am ersten Endpunkt 21 ‘ ein minimales Drehmoment auf die Welle 50 übertragen. Entsprechend wird die Welle 50 beim ersten Endpunkt 21 ' mit einer ersten Rotationsbewegung 23' beaufschlagt und am zweiten Endpunkt 22' mit einer zweiten Rotationsbewegung 24‘. Die Länge der Pfeile der Rotationsbewegungen 23‘, 24' symbolisieren das übertragende Drehmoment.

Die Bahnkurven 20 und 20' der beiden Alternativen in den Fig. 2 und 4 sind praktisch gespiegelt und unterscheiden sich ansonsten nicht. Allerdings sind die Rotationsrichtungen bei minimalem und maximalem Drehmoment der Welle 5 vertauscht, d.h. die Rotationsbewegungen 23, 23' und 24, 24' sind jeweils umgekehrt und vom Betrag her gleich. Im ersten Beispiel der Fig. 2 wird das maximale Drehmoment bei Einziehen der Spindel 50 übertragen, beim der zweiten Alternative gemäß Fig. 4 dagegen beim Ausfahren der Spindel 50.

Die in Fig. 3 gezeigte alternative Ausgestaltung eines Aktors 1 nach Fig.1 wiest außerdem noch ein Koppelelement 6' mit zwei parallelen Teilkoppelelemente 6a auf beiden Seiten der Spindel 50 auf. Durch solch ein Koppelelement 6‘ ist dann auch eine Betätigung gemäß der Alternative aus Fig. 4 möglich.

Für die Erzeugung der nichtlinearen Kennlinie der Welle 5 gilt hier aber das gleiche wie bereits bei Fig. 1 geschildert.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Aktor gemäß der Fig. 1 gezeigt, bei dem der Antrieb durch einen Spindeltrieb in einer Schnittansicht dargestellt ist und weiter jeweils Anschläge 30, 31 für den Hebel 4 und die Spindel 50 am Aktorgehäuse 40 vorgesehen sind.

In Fig. 5 befindet sich der Hebel 4, bzw. die zweite Verbindungsstelle 8 in einem ersten Endpunkt 21 , in Fig. 6 ist die zweite Verbindungsstelle 8 im zweiten Endpunkt 22 gezeigt. In Fig. 6 wird also ein maximales Drehmoment beim Einziehen der Spindel 50 in Richtung Linearantrieb 2 an der Welle 5 erzeugt.

In Fig. 5 ist der Hebel 4 im ersten Endpunkt 21 am ersten Anschlag 30 angelegt. Der erste Anschlag 30 ist als integrierter Bestandteil des Aktorgehäuses 40 ausgebildet Wird nun weiter durch die Spindel 50, bzw. durch den Spindelantrieb 70 ein vorgegebenes Drehmoment angelegt, welches den Hebel 4, bzw. das erste Hebelende 9 mit einer vorgegebenen Anschlagskraft an den ersten Anschlag 30 angedrückt, so kann zum einen die Position des Hebels 4 und damit die Winkelposition der Welle 5 eindeutig festgelegt werden und der Aktor 1 allgemein gegen Verstellungen, beispielsweise auf Grund von Vibrationen gesichert werden.

In Fig. 6 befindet sich der Hebel 4, bzw. die zweite Verbindungsstelle 8 im zweiten Endpunkt 22. Der zweite Anschlag 31 ist hier nun für die Spindel 50, bzw. die Endkappe 51 der Spindel 50 bereitgestellt. Analog kann nun die Spindel 50 mit einem vorgegebenen Drehmoment gegen den zweiten Anschlag 31 gedrückt werden. Auch hier kann nun zum einen die Position des Hebels 4 und damit die Winkelposition der Welle 5 eindeutig festgelegt werden und der Aktor 1 allgemein gegen Verstellungen, beispielsweise auf Grund von Vibrationen gesichert werden.

In Fig. 5 und 6 ist weiter noch gezeigt, dass die Spindel 50 über eine Mutter 71 angetrieben ist. Diese ist über eine Verzahnungsstelle 72 an die Spindel angebunden. Da die Spindel 50 drehfest im Aktorgehäuse 40 aufgenommen ist, wird die Rotationsbewegung der Mutter 71 entsprechend in die Linearbewegung der Spindel 50 umge- wandelt. Die Spindel 50 ist über die Mutter 71 und ein Rotorlager 73 am Aktorgehäuse 40 abgestützt. Der Antrieb der Mutter 71 wird über einen Rotor 74 eines E-Motors 75 realisiert.

Da, wie hier gezeigt, das Rotorlager 73 axial zwischen den Anschlägen 30, 31 und dem Rotor 74 angeordnet ist, wird das Drehmoment, welches für eine sichere Verspannung des Hebels 4 oder der Spindel 50 an dem ersten oder zweiten Anschlag 30, 31 notwendig ist genauer festlegbar, da der aufsummierte Reibwert, welcher hauptsächlich von den Gleitreibwerten (Spindel/Mutter, Anschlagflächen) bestimmt wird und nur vernachlässigbar vom Rollreibwert des Rotorlagers, nicht so stark schwankt wie eine Kombination aus lediglich Gleitreibstellen.

In Fig. 7 ist eine Hälfte eines Aktorgehäuses 40 gezeigt.

Das Aktorgehäuse 40 weist eine innenliegende Kontur 42 auf. Diese Kontur 42 ist parallel zur Spindel 50 in das Aktorgehäuse 40 eingeprägt und dient zur Aufnahme eines Lagerelements 43. Das Lagerelement 43, ist, wie in Fig. 1 dargestellt an einem Ende der Spindel 50 angeordnet und stützt die Spindel 50 am Aktorgehäuse 40 ab. Wie in Fig. 1 dargestellt ist es bevorzugt als Stützrolle 52 ausgebildet. Das Lagerelement 43 fällt mit der ersten Verbindungsstelle 7 zusammen. Vorzugsweise besteht dieses Lagerelement 43 aus zwei Stützrollen 52, welche um die gelenkige erste Verbindungsstelle 7 zwischen Spindel 50 und Koppelelement 6 vorzugsweise beidseitig am Ende der Spindel 50 angeordnet sind und welche sich an entsprechenden gestelltesten Stützflächen 44 der Kontur 42 im Aktorgehäuse 40 abstützen und dort abrollen können. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Aktors 1 verbessert werden (prinzipiell sind auch ein- oder beidseitige Gleitlagerungen denkbar). Die Stützflächen 44 verlaufen vorzugsweise parallel zur Bewegungsachse 41 der Spindel 50 bzw. des linear verlagerbaren Elementes des Linearantriebs 2.

Mittels des hier dargestellten Aktors 1 nach dem Kniehebelprinzip ist somit auf einfache Weise eine nichtlineare Betätigungskennlinie an einem Betätigungselement 60 über einen Linearantrieb 2 realisierbar. Über die vorgesehenen Anschläge 30, 31 kann dabei zum einen eine versehentliche Verstellung auf Grund von Vibrationen o.Ä. vermieden werden, zum anderen kann so eine definierte Lage des Aktors 1 , z.B. für den Fall des Strom ausfa Iles gewährleistet werden. Über die Stützflächen 44 in Verbindung mit den Stützrollen 52 kann eine sichere Betätigung mit einem guten Wirkungsgrad erreicht werden.

Bezuqszeichenliste

Aktor

Linearantrieb

Getriebe

Hebel

Welle , 6‘ Koppelelement a Teilkoppelelement erste Verbindungsstelle zweite Verbindungsstelle erstes Hebelende 0 dritte Verbindungsstelle 1 zweites Hebelende 0, 20’ Bahnkurve 1 , 21’ erster Endpunkt 2, 22’ zweiter Endpunkt 3, 23’ erste Rotationsbewegung 4, 24’ zweite Rotationsbewegung 5 erste Schwenkbewegung 6 zweite Schwenkbewegung 0 erster Anschlag 1 zweiter Anschlag 0 Aktorgehäuse 1 Bewegungsachse 2 Kontur 3 Lagerelement 4 Stützflächen 0 Spindel 1 Endkappe 2 Stützrolle 3 Loch 4 Innenverzahnung 5 Außenverzahnung 6 Wellenachse 7 Erstreckungsrichtung 0 Betätigungselement 1 Richtung

70 Spindelantrieb

71 Mutter

72 Verzahnungsstelle

73 Rotorlager

74 Rotor

75 E-Motor

P1 , P2 Spindelpositionen

Claims

Patentansprüche

1 . Aktor (1 ) zur Bereitstellung eines Drehmoments mit einem Linearantrieb (2) und einem Getriebe (3) zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung, wobei das Getriebe (3) einen Hebel (4) umfasst, der eine mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle (5) drehantreibt, wobei das Getriebe (3) weiter ein Koppelelement (6) aufweist, das Koppelelement (6) über eine erste Verbindungsstelle (7) mit dem Linearantrieb (2) und mit einer zweiten Verbindungsstelle (8) mit dem Hebel (4) verbunden ist, so dass ein Energieübertrag zwischen Linearantrieb (2) und Hebel (4) ausschließlich über das Koppelelement (6) erfolgt, und das Koppelement (6) in beiden Verbindungsstelle (7, 8) drehbar gelagert ist, der Hebel (4) an einem zweites Hebelende (11 ) über eine dritte Verbindungsstelle (10) drehfest mit der Welle (5) und an einem ersten Hebelende (9) drehbar über die zweite Verbindungsstelle (8) mit dem Koppelelement (6) verbunden ist und der Hebel (4) eine starre Verbindung zwischen den beiden Verbindungsstellen (8, 10) herstellt, das Koppelelement (6) eine starre Verbindung zwischen der ersten und zweiten Verbindungsstelle (7, 8) herstellt, so dass eine lineare Bewegung der ersten Verbindungsstelle (7) durch den Linearantrieb (2) in einer erste Schwenkbewegung (25) der zweiten Verbindungsstelle (8) um die erste Verbindungsstelle (7), als auch in einer zweite Schwenkbewegung (26) der zweiten Verbindungsstelle (8) um die dritte Verbindungsstelle (10) resultiert, so dass auf Grund der drehfesten Verbindung des Hebels (4) mit der Welle (5) durch die zweite Schwenkbewegung (26) eine Rotation der Welle (5) hervorgerufen wird, und das Koppelelement (6) den Hebel (4) und den Linearantrieb (2) so miteinander verbindet, dass die zweite Verbindungsstelle (8) entlang einer Bahnkurve (20, 20‘) bewegt wird, so dass in einem ersten Arbeitsbereich um einen ersten Endpunkt (21 , 21 ') der Bahnkurve (20, 20‘) eine Bewegung der ersten Verbindungsstelle (7) durch den Linearantrieb (2) in eine erste Rotationsbewegung (23, 23‘) der Welle (5) übersetzt wird und in einem zweiten Arbeitsbereich um einen zweiten Endpunkt (22, 22‘) eine Bewegung der ersten Verbindungsstelle (7) durch den Linearantrieb (2) in eine zweite Rotationsbewegung (24, 24‘) der Welle (5) untersetzt wird, wobei die erste Rotationsbewegung (23, 23‘) in einem Zeitintervall einen größeren Winkelbereich bei einer kleineren Kraftübertragung überstreicht als die zweite Rotationsbewegung (24, 24‘), dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Endpunkt (22, 22‘) das Koppelelement (6) senkrecht zum Hebel (4) und zur Bewegungsachse (41 ) des Linearantriebs (2) und der Hebel (4) parallel zur Bewegungsachse (41 ) ausgerichtet ist und/oder im ersten Endpunkt (21 , 21 ') das Koppelelement (6) parallel zur Bewegungsachse (41 ) des Linearantriebs (2) und senkrecht zum Hebel (4) ausgerichtet ist.

2. Aktor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Endpunkt (21 , 21 ') ein erster, vorzugsweise gehäusefester Anschlag (30) zum Festlegen des ersten Endpunkts (21 , 21 ') und/oder im zweiten Endpunkt (22, 22‘) ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen des zweiten Endpunkts (22, 22‘) vorgesehen ist, und wobei das erste Hebelende (9) zum Anschlägen des Hebels (4) an den ersten und/oder zweiten Anschlag (30) ausgebildet ist.

3. Aktor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag (31 ) zum Festlegen des zweiten Endpunkts (22, 22‘) vorgesehen ist, wobei die Spindel (50) oder die Endkappe (51 ) der Spindel (50) zum Anschlägen an den zweiten Anschlag (31 ) ausgebildet ist.

4. Aktor (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und oder zweite Anschlag (30, 31 ) integral aus einem Aktorgehäuse (40) ausgebildet ist.

5. Aktor (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Anschlag (30, 31 ) eine gezielte Weichheit aufweisen, so dass eine vorgegebene lineare Bewegung des Linearantriebs (2) ermöglicht wird.