EP4739932A1 - Verfahren zum sicheren betreiben eines aktors - Google Patents

Abstract

Verfahren zum sicheren Betreiben eines Aktors (1 ), wobei der Aktor zur Bereitstellung eines Drehmoments, mit einem Linearantrieb (2) und einem Getriebe (3) zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung einer Welle (5), vorgesehen ist, wobei das Getriebe (3) einen Hebel (4) umfasst, der die mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle (5) drehantreibt, wobei das Getriebe (3) weiter ein Koppelelement (6) aufweist und wobei das Koppelelement (6) über eine erste Verbindungsstelle (7) mit dem Linearantrieb (2) und über eine zweite 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 wobei das Koppelement (6) in beiden Verbindungsstellen (7, 8) drehbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal bereitgestellte Kraft des Linearantriebs (2) in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert einer Getriebeübersetzung des Getriebes (3) begrenzt ist.

Description

Verfahren zum sicheren Betreiben eines Aktors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Betreiben eines_Aktors mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

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.

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

In der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2023 115 292.0 ist ebenfalls ein Aktor mit einer nichtlinearen Kennlinie offenbart. Durch die bei diesem Aktorkonzept verwendete Kniehebel-Kinematik ergibt sich bei konstantem Antriebsmoment des Elektromotors in einer Endstellung (Fig. 1 , Fig. 8) des Kniehebelmechanismus eine im Prinzip gegen Unendlich strebende Betätigungskraft (Drehmoment) an der Ausgangswelle (5), was zu einer Beschädigung der zu betätigenden Last oder von Teilen des Aktors selbst führen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe einen derartigen Aktor auf einfache Weise sicher zu betreiben.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist also ein Verfahren zum sicheren Betreiben eines Aktors vorgesehen, wobei der Aktor zur Bereitstellung eines Drehmoments, mit einem Linearantrieb und einem Getriebe zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung einer Welle, vorgesehen ist, wobei das Getriebe einen Hebel umfasst, der die mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle drehantreibt, wobei das Getriebe weiter ein Koppelelement aufweist und wobei das Koppelelement über eine erste Verbindungsstelle mit dem Linearantrieb und über eine zweite Verbindungsstelle mit dem Hebel verbun- den ist, so dass ein Energieübertrag zwischen Linearantrieb und Hebel ausschließlich über das Koppelelement erfolgt, und wobei das Koppelement in beiden Verbindungsstellen drehbar verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die maximal bereitgestellte Kraft des Linearantriebs in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert einer Getriebeübersetzung des Getriebes begrenzt ist.

Der aktuelle Wert der Getriebeübersetzung des Getriebes liegt in Abhängigkeit der Verfahrposition entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs beispielsweise einer Spindel eines Spindelantriebs vor und wird beispielsweise bereits End-Of -Line gelernt oder in einem Referenzier- oder Updateverfahren neu bestimmt. Die aktuelle Getriebeübersetzung ist also der Wert für die Getriebeübersetzung an der aktuellen Verfahrposition.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 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 das Koppelelement über die erste Verbindungsstelle drehbar mit dem Linearantrieb verbunden ist und der Hebel eine starre Verbindung zwischen den beiden Verbindungsstellen herstellt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Anfangsstellung des Getriebes ein erster, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen der Anfangsstellung und/oder in einer Endstellung des Getriebes ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen der Endstellung vorgesehen ist, und wobei das erste Hebelende zum Anschlägen des Hebels an den ersten und/oder zweiten Anschlag ausgebildet ist.

In einer dazu alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Endstellung des Getriebes ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag zum Festlegen der Endstellung vorgesehen ist, und wobei ein Spindelende o- der eine Endkappe einer Spindel des Linearantriebs zum Anschlägen der Spindel an den zweiten Anschlag ausgebildet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wert der Getriebeübersetzung an der Verfahrposition entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs, sich aus dem Verhältnis eines zu ermittelnden Drehwinkels Acp, der sich aus der Bewegung des Linearantriebs resultierenden Drehbewegung der Welle ergibt und einer vorzugebenden Wegstrecke Ax, die sich der Linearantriebs entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs, ausgehend von der Verfahrposition bewegt, ergibt, errechnet.

Die aktuelle Verfahrposition ist die Position zwischen Anfangsstellung und Endstellung, auf der sich ein vorgegebener Punkt der Spindel, beispielsweise die Spindelmitte, das Spindelende oder die Endkappe der Spindel des Linearantriebs während des Verfahrens der Spindel aktuell befindet.

Ein vorzugebender Vortrieb der Spindel, beispielsweise als Ax bezeichnet, führt zu einer zu ermittelnden Drehung der Welle, beispielsweise als Acp bezeichnet. Die Übersetzung ergibt sich als Quotient Acp / Ax beider Werte.

Aufgrund der Nichtlinearität der Übersetzung der Kniehebel-Kinematik ist die Übersetzung nicht auf dem ganzen Weg zwischen Anfangsstellung und Endstellung gleich, sondern nimmt an jeder Position zwischen Anfangsstellung und Endstellung unterschiedliche Werte an. Für jede Verfahrposition zwischen Anfangsstellung und Endstellung wird der Werte der Getriebeübersetzung an dieser Verfahrposition als Quotient Acp / Ax bestimmt. Dies erfolgt insbesondere End-Of-Line, kann aber auch bei Bedarf oder regelmäßig von einem übergeordneten Steuerverfahren angefordert werden,

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verlauf der Werte der Getriebeübersetzung in Abhängigkeit von der Verfahrposition des Linearantriebs hinterlegt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abhängigkeit der Werte der Getriebeübersetzung von der Verfahrposition des Linearantriebs nicht linear verläuft. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Endstellung einen vorgegebenen Endstellung-Schwellenwert für die Getriebeübersetzung aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraft des Linearantriebs entlang der Bewegungsachse des Linearantriebs begrenzt wird, wenn die Bewegungsrichtung des Linearantriebs auf die Endstellung zu ist und die Getriebeübersetzung an der aktuellen Position den Endstellung- Schwellenwert überschreitet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass dies Begrenzung den Linearantrieb stoppt.

Der Linearantrieb, beispielswiese die Spindel kann auf diese Weise vorteilhafterweise gezielt kurz vor Erreichen des Anschlags zum Anhalten gebracht werden, sodass kurz vor dem eigentlichen Erreichen der Endstellung der Aktor an einer Anhalteposition zum Anhalten kommt. Die eigentliche Endstellung kann also so gewählt werden, dass die Anhalteposition, also die Position des tatsächlichen Anhaltens auch die tatsächlich gewünschte Position des Anhaltens ist, also beispielswiese kurz vor Erreichen der Endstellung bzw. des Anschlags. Auf diese Weise kann also nicht nur die eigentlich gewünschte Anhalteposition erreicht, sondern auch - wie gewünscht - nicht überfahren werden, sodass vorteilhafterweise ein Anfahren des Anschlags oder eine Überlastung der Aktorik oder der zu bewegenden Last vermieden werden kann.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen abhängig von der, durch die Kinematik vorgegebenen Übersetzung des Kniehebelmechanismus das Antriebsmoment eines Energiewandlers beispielsweise eines Elektromotors zum Antrieb einer Spindelmutter des Linearantriebs zu variieren, wobei insbesondere eine Reduktion in Richtung Endstellung (Fig. 1 , Fig. 6, Fig. 8) vorgesehen ist, so dass keine Überlastung auftritt. Dies kann direkt abhängig von der Übersetzung des Kniehebels erfolgen, was bei Verfahren in Richtung Endstellung, kurz vor Erreichen der Endstellung (Fig. 1 , Fig, 6, Fig. 8) ein aktives Abbremsen erfordert, um Aktor-Trägheiten auszugleichen. Beim aktiven Abbremsen generiert der Antrieb des Linearantriebs ein Bremsmoment, bei Bedarf durch Umkehrung der Bestromung. Auch bei Verfahren in Richtung Anfangsstellung kurz vor Erreichen der Anfangsstellung kann ein aktives Abbremsen vorgesehen werden. Auf diese Weise wäre je nach Einsatzzweck, bei Bedarf also auch eine maximale Dynamik des Systems darstellbar.

Besteht Bedarf nach maximaler Sicherheit, kann auch der Fall eines Stromausfalls am Aktor berücksichtigt werden. Beispielsweise bei einem Szenario, wenn der Stromausfall dann auftritt, wenn gerade die Anforderung des Bremsmoments erfolgt. Unter Einbeziehen der bekannten Trägheiten wird also nur das Bremsmoment ohne jede Bestromung berücksichtigt und der Antrieb in Richtung Endstellung, vor Erreichen der Endstellung entsprechend früher abgeschaltet als im Fall, wenn durch Umkehrung der Bestromung ein erhöhtes Bremsmoment zur Verfügung gestellt werden könnte. Auf diese Weise kann also in jedem beliebigen Zustand des Aktors eine Überlastung durch die Kniehebel-Kinematik der zu betätigenden Last oder des Aktors selbst verhindert werden.

Abhängig von der nachgeschalteten, zu betätigenden Last kann die erfindungsgemäße Drehmomentreduzierung auch nur in einer Bewegungsrichtung vorgesehen werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einer Betätigungsrichtung gegen eine Elastizität, wie beispielsweise eine Feder, betätigt wird, sodass eine zu vermeidende potenzielle Beschädigung weitestgehend ausgeschlossen werden kann.

Es kann vorgesehen sein, dass mit dem Koppelelement zusätzlich zu dem Hebel und dem Linearantrieb ein drittes, diese verbindendes Bauteil bereitgestellt wird, 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 kann vorgesehen sein, dass der Hebel an einem ersten Hebelende über eine dritte Verbindungstelle drehtest mit der Welle und an einem zweiten Hebelende drehtest 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.

Es kann vorgesehen sein, 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.

Es kann vorgesehen sein, 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 Linearantrieb 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.

Weiter kann vorgesehen sein, 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 solch 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 möglichen Anordnung kann vorgesehen sein, 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.

Es 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.

Es 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, kann vorgesehen sein, 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.

Es kann ein Aktor umfassend einen Linearantrieb und Getriebe zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine rotative Bewegung vorgesehen sein. 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 des erfindungsgemäßen Verfahrens , auf welches diese aber nicht beschränkt ist, und aus dem sich weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben können ist in den Figuren 8, 9 und 10 gezeigt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Aktor in einer teilweisen Schnittansicht

Fig. 2: symbolische Darstellung einer Bahnkurve des zweiten Verbindungspunktes 8 des Hebels 4 zur Betätigung der Welle 5 des Aktors nach Fig. 1

Fig. 3 alternative Ausgestaltung des Aktors

Fig.4 symbolische Darstellung einer alternativen Bahnkurve des zweiten Verbindungspunktes 8 des Hebels 4 zur Betätigung der Welle 5 bei Betätigung des Aktors nach Fig. 3 Fig.5 Aktor gemäß der Fig. 1 , zusätzliche Anschläge am Aktorgehäuse (zweite Verbindungsstelle 8 im erstem Endpunkt 21 )

Fig. 6 Aktor gemäß der Fig. 1 , zusätzliche Anschläge am Aktorgehäuse (zweite Verbindungsstelle 8 im zweiten Endpunkt 22) (in der Nähe des Endpunkts 22: maximales Drehmoment an der Welle 5 bei Bewegung der Spindel 50 auf Endpunkt 22 zu oder von Endpunkt 22 weg)

Fig. 7 eine Hälfte eines Aktorgehäuses

Fig. 8 Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens: Aktor in Endstellung des Kniehebels (Fig. 8 identisch zu Fig 1 aber ohne Bezugszeichen)

Fig. 9 Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens: Aktor nach Fig. 8 in einer mittleren Stellung des Kniehebels

Fig. 10 Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens: Aktor nach Fig. 8 in Anfangsstellung des Kniehebels

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 drehtest 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 und 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, in 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 weist 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. Ausgehend von einer Aktorstellung gemäß 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 umgewandelt. 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 Aktorgehäuse 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.

Der Kniehebel-Mechanismus ergibt sich also aus Spindel 50, Koppelelement 6, Hebel 4 und Welle 5, wobei das Ende der Spindel 50 an der ersten Verbindungsstelle 7 mit dem einen Ende des Koppelelements 6 drehbar verbunden ist und das andere Ende des Koppelelements 6 an der zweiten Verbindungsstelle 8 mit dem einen Ende 9 des Hebels 4 drehbar verbunden ist und das andere Ende 11 des Hebels 4 an der dritten Verbindungsstelle 9 drehtest mit der drehbar gelagerten Welle 5 verbunden ist.

Im Folgenden wird die in Fig. 8 gezeigte Stellung des Kniehebels bzw. des Aktors als Endstellung bezeichnet, (vgl. auch Fig. 1 und Fig. 6).

Die in Fig. 10 gezeigte Stellung des Kniehebels bzw. des Aktors wird im Folgenden als Anfangsstellung bezeichnet, (vgl. auch Fig. 5).

Fig. 9 zeigt eine zwischen Anfangs- und Endstellung liegende, im Folgenden als mittlere Stellung des Kniehebels bzw. des Aktors bezeichnet.

In Fig. 8 (Fig. 2, links) ist der Kniehebel bzw. der Aktor in der o.g. Endstellung dargestellt. Die Endstellung (vgl. auch Fig. 1 und Fig. 6) entspricht auch Position P1 in Fig.

1 . Bei Annäherung an die Endstellung - kommend aus Richtung einer mittleren Stellung - führt die gleichmäßige Bewegung der Spindel entlang der Bewegungsachse 41 bei konstanter, maximal verfügbarer Kraft der Spindel 50 in Bewegungsrichtung zu einer immer kleineren und langsameren Drehung der Welle 5 relativ zu ihrer Lagerung und der zu betätigenden Last bei immer höherem, maximal verfügbarem Drehmoment an der Welle 5. Dies trifft zu für beide Bewegungsrichtungen der Spindel entlang ihrer Bewegungsachse 41 , sowohl - wie zuvor beschrieben - kommend von einer mittleren Stellung in Richtung auf die Endstellung zu, wie auch ausgehend von der Endstellung in Richtung auf eine mittlere Stellung zu, beim Einziehen der Spindel 50 in Richtung Linearantrieb 2.

Anders formuliert ist - verglichen mit der Anfangsstellung (Fig. 10, Fig. 2, rechts) oder einer mittleren Stellung (Fig. 9) - wieder in beiden Richtungen, zur Erzielung eines relativ hohen Drehmoments an der Welle 5 unter Inkaufnahme einer immer kleineren und langsameren Drehung der Welle 5 über nur wenige Winkelgrad, im Bereich der Endstellung (Fig. 8, Fig. 2, links) nur eine relativ geringe Spindelkraft bzw. nur ein mi- nimales Antriebsdrehmoment der Spindelmutter 72 des Linearantriebs 2 bei erhöhtem Spindelweg erforderlich.

Durch die bei diesem Aktorkonzept verwendete Kniehebel-Kinematik ergibt sich - kommend von der Anfangsstellung (Fig. 10) oder einer mittleren Stellung (Fig. 9) - bei gleichbleibendem, konstantem Antriebsdrehmoment des Linearantriebs 2 bzw. der Spindelmutter 71 des Spindelantriebs 70 und damit bei gleichbleibender, konstanter Kraft der Spindel 50 in Bewegungsrichtung, bei Annäherung bzw. Erreichen der Endstellung (Fig. 1 , Fig. 6, Fig. 8) des Kniehebel-Mechanismus ein im Prinzip gegen Unendlich strebendes Betätigungsdrehmoment an der Welle 5, was zu einer Beschädigung der mittels des Betätigungselements 60 zu betätigenden Last oder von Teilen des Aktors selbst führen kann.

Das im Prinzip gegen Unendlich strebende Betätigungsdrehmoment an der Welle 5 ergibt sich, wenn die Spindel 50 soweit ausgefahren ist, dass das Koppelelement 6 vorzugsweise senkrecht zur linearen Bewegungsachse 41 des Linearantriebs 2 angeordnet und der Hebel 4 seinerseits wiederum vorzugsweise senkrecht zum Koppelelement 6 (dem Aktor 2 zugewandt) und der Hebel 4 parallel zur Bewegungsachse 41 ausgerichtet. Diese Kniehebelstellung ist auch in Fig. 2, links im zweiten Endpunkt 22 dargestellt. Dabei ist das Koppelelement 6 senkrecht zum Hebel 4 und zur Bewegungsachse 41 der Spindel 50 des Linearantriebs 2 und der Hebel 4 ist parallel zur Bewegungsachse 41 ausgerichtet.

Da ein im Prinzip gegen Unendlich strebendes Betätigungsdrehmoment an der Welle 5 nicht erwünscht ist und der erhöhte Spindelweg - bei gleichmäßiger Bewegung der Spindel - die Laufzeit erhöht, wird das Anfahren der Stellung im zweiten Endpunkt 22 in der Regel nicht ganz vollzogen, sondern - wie in Fig. 8 dargestellt - die o.g. Endstellung wird einige Winkelgrad vor Erreichen der Stellung im zweiten Endpunkt 22 angeordnet und in der Regel mit einem Anschlag 31 am Gehäuse beispielsweise für das Auftreffen der Spindel 50 versehen (Fig. 6).

In Fig. 10 (Fig. 2, rechts) ist der Kniehebel bzw. der Aktor in der o.g. Anfangsstellung Ein relativ großes Antriebsmoment der Spindelmutter 72 des Linearantriebs bzw. eine relativ hohe Spindelkraft ist möglich und führt an Welle 5 zu einem kleine Betäti- gungsmoment bei relativ großem Verdrehwinkel der Welle 5, verglichen beispielsweise aber auch mit einer mittleren Stellung des Kniehebels

Bei Annäherung an die Anfangsstellung - kommend aus Richtung einer mittleren Stellung - führt die gleichmäßige Bewegung der Spindel entlang der Bewegungsachse 41 bei konstanter, maximal verfügbarer Kraft der Spindel 50 in Bewegungsrichtung zu einer immer größeren und schnelleren Drehung der Welle 5 über einige Winkelgrad relativ zu ihrer Lagerung und der zu betätigenden Last, bei immer geringerem, maximal verfügbarem Drehmoment an der Welle 5. Dies trifft zu für beide Bewegungsrichtungen der Spindel entlang ihrer Bewegungsachse 41 , sowohl - wie zuvor beschrieben - kommend von einer mittleren Stellung in Richtung auf die Anfangsstellung zu, wie auch ausgehend von der Anfangsstellung in Richtung auf eine mittlere Stellung zu, beim Ausfahren der Spindel 50 weg vom Linearantrieb 2.

Anders formuliert ist - verglichen mit der Endstellung oder einer mittleren Stellung - zur Erzielung einer relativ großen und relativ schnellen Drehung der Welle 5 unter Inkaufnahme eines immer geringeren Drehmoments an der Welle 5, im Bereich der Anfangsstellung (Fig. 8, Fig. 2, links) - in beiden Richtungen - eine erhöhte Spindelkraft bzw, erhöhtes Antriebsdrehmoment der Spindelmutter 72 des Linearantriebs 2 bei ge- rigerem Spindelweg zulässig.

Die Anfangsstellung (Fig. 10) ergibt sich, wenn die Spindel 50 soweit eingefahren ist, bis das Koppelelement 6 etwa parallel zur Bewegungsachse 41 der Spindel 50 gezogen worden ist und der Hebel 4 maximal verschwenkt ist. Diese Kniehebelstellung ist auch in Fig. 2, rechts im ersten Endpunkt 21 dargestellt. Dabei ist das Koppelelement 6 parallel zur Bewegungsachse 41 des Linearantriebs 2 und senkrecht zum Hebel 4 ausgerichtet.

Häufig wird auch das Anfahren der Stellung im ersten Endpunkt 21 beispielsweise aufgrund der erhöhten Spindelkraft, nicht ganz vollzogen, sondern - wie in Fig. 10 dargestellt - die o.g. Anfangsstellung wird einige Winkelgrad vor Erreichen der Stellung im ersten Endpunkt 21 angeordnet und in der Regel mit einem Anschlag 30 am Gehäuse beispielsweise für das Auftreffen des Hebels 40 versehen (Fig. 5). Fig. 9 zeigt den Aktor in einer mittleren Stellung des Kniehebels zwischen Endstellung (Fig. 8) und Anfangsstellung (Fig. 10). Die Spindelmutter 72 des Linearantriebs 2 wird gegenüber der Anfangsstellung mit einem geringeren Antriebsmoment und gegenüber der Endstellung mit einem höherem Antriebsmoment betätigt.

Erfinderische Lösung des Problems ist die Begrenzung der Kraft der Spindel entlang der Bewegungsachse 41 in Bewegungsrichtung und damit eine Begrenzung des Antriebsdrehmoments der Spindelmutter 71 und damit des Spindelantriebs, also beispielsweise eines Elektromotors des Linearantriebs 2. Diese Begrenzung soll in Abhängigkeit der Stellung des Aktors, also in Abhängigkeit von der Übersetzung des Kniehebels also in Abhängigkeit der Stellung des Kniehebels oder in Abhängigkeit der Spindelposition, beispielsweise der Position des auf der Bewegungsachse 41 erfolgen.

Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen abhängig von der, durch die Kinematik vorgegebenen Übersetzung des Kniehebelmechanismus das Antriebsmoment des Energiewandlers beispielsweise eines Elektromotors zum Antrieb der Spindelmutter 72 des Linearantriebs 2 zu variieren, wobei insbesondere eine Reduktion in Richtung Endstellung (Fig. 1 , Fig, 6, Fig. 8) vorgesehen ist, so dass keine Überlastung auftritt.

Dies kann direkt abhängig von der Übersetzung des Hebels 50 erfolgen, was bei Verfahren in Richtung Endstellung, kurz vor Erreichen der Endstellung (Fig. 1 , Fig, 6, Fig. 8) ein aktives Abbremsen erfordert, um Aktor-Trägheiten auszugleichen. Auch bei Verfahren in Richtung Anfangsstellung kurz vor Erreichen der Anfangsstellung kann ein aktives Abbremsen vorgesehen werden. Auf diese Weise wäre je nach Einsatzzweck bei Bedarf also auch eine maximale Dynamik des Systems darstellbar.

Dies kann auch durch Einbeziehen der (bekannten) Trägheiten erfolgen, so dass auch bei Stromausfall in jedem beliebigen Zustand eine Überlastung verhindert wird (maximale Sicherheit). Abhängig von der nachgeschalteten, zu betätigenden Last kann die erfindungsgemäße Drehmomentreduzierung auch nur in einer Bewegungsrichtung vorgesehen werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in einer Betätigungsrichtung gegen eine Elastizität, wie beispielsweise eine Feder, betätigt wird, sodass eine zu vermeidende potenzielle Beschädigung weitestgehend ausgeschlossen werden kann.

Der genaue Wert einer Begrenzung hängt von vielen Gegebenheiten des Aktors wie auch der zu betätigenden Last ab und muss daher im konkreten Fall dem Fachmann überlassen bleiben. Beispielsweise ist die schlichte Größe des Aktors sowie die genaue Dimensionierung des Aktors von Bedeutung, beispielsweise wie der Winkel zwischen Bewegungsachse 41 der Spindel 50 und der Erstreckungsrichtung 57 des Koppelelements 6 (Fig. 1 ) in der Endstellung gewählt ist.

Auf diese Weise kann auch eine Referenzierung des Aktors beispielsweise der Spindelposition an einem oder beiden Anschlägen (30, 31 ) durchgeführt werden, ohne dabei den Aktor durch zu hohe Drehmomente oder Kräfte zu verschleißen oder gar zu zerstören.

Es wird vorgeschlagen als Basisaktor einen Linearaktor 2 zu verwenden z.B. einen elektromechanischen Spindelaktor 1 mit rotierender, rotor-fester Mutter 71 und linear beweglicher Spindel 50, an die eine Kniehebelmechanik angeschlossen ist.

Hierzu ist das Ende der Spindel 50 gelenkig mit einem Koppelelement 6 verbunden welches mit seinem anderen Ende gelenkig mit dem Ende eines Antriebshebels 4 verbunden ist. Der Antriebshebel 4 seinerseits ist in seinem Lagerungspunkt mit einer Betätigungswelle 5 verbunden, auf welche er sein Drehmoment überträgt. Die Betätigungswelle 5 ist aus dem Aktorgehäuse 40 herausgeführt und kann zum Ansteuern einer Betätigungsfunktion genutzt werden. Das Koppelelement 6 kann vorzugsweise zweiteilig zu beiden Seiten der Spindel 50 gestaltet sein, um die Kräfte symmetrisch übertragen zu können. Das Ende der Spindel 50 ist weiterhin mit einem im Gehäuse 40 abgestützten Lagerelement verbunden. Vorzugsweise besteht dieses Lagerelement aus zwei Rollen, welche um das Gelenk vorzugsweise beidseitig am Ende der Spindel 50 angeordnet sind und welche sich an entsprechenden gestelltesten Stützflächen 44 z.B. im Aktorgehäuse 40 abstützen und dort abrollen können, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Dabei ist eine ein- oder beidseitige Gleitlagerung denkbar. Die Stützflächen 44 verlaufen vorzugsweise parallel zur Bewegungsachse 41 der linear verlagerbaren Spindel 50 des Linearaktors 2, also parallel zur Spindelachse.

Somit wird bei Betätigung beispielsweise bei Einzug des linearen Betätigungselementes, also der Spindel 50 das Koppelelement 6 verschwenkt, so dass dieses seinerseits den Hebel 4 verdreht. Dies kann erfolgen, bis das Koppelelement 6 etwa parallel zur Bewegungsachse 41 gezogen worden ist und der Hebel 4 maximal verschwenkt ist Der Rückhub erfolgt analog.

Durch diese Kniehebelmechanik entsteht eine nichtlineare Kennlinie zwischen Spindelweg und Verdrehung des Hebels 4 bzw. zwischen der Spindelkraft und dem Drehmoment des Hebels 4. Somit eignet sich ein solcher erfindungsgemäßer Aktor besonders zur Betätigung von Lasten, welche eine ebenfalls nichtlineare Betätigungskraft- Kennlinie besitzen. Als Beispiel kann eine Parksperrenbetätigung genannt werden. Durch diese Anordnung kann die Betätigungsachse 5 sehr nahe dem Aktor 1 angeordnet werden - deutlich näher, als wenn ein vergleichbar großes Betätigungsmoment allein durch einen Betätigungshebel erzeugt werden müsste, da dann der Aktor selbst weit außerhalb der Dreh-Betätigungsstelle angeordnet werden müsste, was zu einem ungünstigen Bauraumbedarf führt.

Es ist also ein Aktor mit einer Betätigungsmechanik beschrieben, welcher eine hohe Hebelübersetzung bereit stellen kann, jedoch nahe dem Betätigungs-Angriff angeordnet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Stärke des Drehmoments begrenzt, sodass keine Schäden an Aktor oder zu betätigender Vorrichtung entstehen.

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, 25‘ erste Schwenkbewegung 6, 26‘ 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 55 Außenverzahnung

56 Wellenachse

57 Erstreckungsrichtung

60 Betätigungselement

61 Richtung

70 Spindelantrieb

71 Mutter

72 Verzahnungsstelle

73 Rotorlager

74 Rotor

75 E-Motor

80 Endstellung des Aktors bzw. des Getriebes

90 mittlere Stellung des Aktors bzw. des Getriebes

100 Anfangsstellung des Aktors bzw. des Getriebes

P1 , P2 Spindelpositionen

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum sicheren Betreiben eines Aktors (1 ), wobei der Aktor zur Bereitstellung eines Drehmoments, mit einem Linearantrieb (2) und einem Getriebe (3) zur Wandlung einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung einer Welle

(5), vorgesehen ist, wobei das Getriebe (3) einen Hebel (4) umfasst, der die mit dem Drehmoment zu beaufschlagende Welle (5) drehantreibt, wobei das Getriebe (3) weiter ein Koppelelement (6) aufweist und wobei das Koppelelement

(6) über eine erste Verbindungsstelle (7) mit dem Linearantrieb (2) und über eine zweite 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 wobei das Koppelement (6) in beiden Verbindungsstellen (7, 8) drehbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal bereitgestellte Kraft des Linearantriebs (2) in Abhängigkeit von einem aktuellen Wert einer Getriebeübersetzung des Getriebes (3) begrenzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (4) an einem zweiten Hebelende (11 ) über eine dritte Verbindungstelle (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 das Koppelelement (6) über die erste Verbindungsstelle (7) drehbar mit dem Linearantrieb (2) verbunden ist und der Hebel (4) eine starre Verbindung zwischen den beiden Verbindungsstellen (8, 10) herstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfangsstellung (100) des Getriebes (3) ein erster, vorzugsweise gehäusefester Anschlag (30) zum Festlegen der Anfangsstellung (100) und/oder in einer Endstellung (80) des Getriebes (3) ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag (31 ) zum Festlegen der Endstellung (80) vorgesehen ist, und wobei das erste Hebelende (9) zum Anschlägen des Hebels (4) an den ersten und/oder zweiten Anschlag (30, 31 ) ausgebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Endstellung (80) des Getriebes (3) ein zweiter, vorzugsweise gehäusefester Anschlag (31 ) zum Festlegen der Endstellung (80) vorgesehen ist, und wobei ein Spindelende oder eine Endkappe (51 ) einer Spindel (50) des Linearantriebs (2) zum Anschlägen der Spindel (50) an den zweiten Anschlag (31 ) ausgebildet ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Getriebeübersetzung an einer Verfahrposition entlang der Bewegungsachse (41 ) des Linearantriebs (2) sich aus dem Verhältnis eines zu ermittelnden Drehwinkels Arp, der sich aus der Bewegung des Linearantriebs (2) resultierenden Drehbewegung der Welle (5) ergibt und einer vorzugebenden Wegstrecke Ax, die sich der Linearantriebs (2) entlang der Bewegungsachse (41 ) des Linearantriebs (2), ausgehend von der Verfahrposition bewegt, ergibt, errechnet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Werte der Getriebeübersetzung in Abhängigkeit von der Verfahrposition des Linearantriebs (2) hinterlegt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der Werte der Getriebeübersetzung von der Verfahrposition des Linearantriebs (2) nicht linear verläuft.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstellung (80) einen vorgegebenen Endstellung-Schwellenwert für die Getriebeübersetzung aufweisen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft des Linearantriebs (2) entlang der Bewegungsachse (41 ) des Linearantriebs (2) begrenzt wird, wenn die Bewegungsrichtung des Linearantriebs (2) auf die Endstellung (80) zu ist und die Getriebeübersetzung an der aktuellen Position den Endstellung-Schwellenwert überschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung den Linearantrieb (2) stoppt.