WO2012072394A1 - Aktuator - Google Patents

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WO2012072394A1
WO2012072394A1 PCT/EP2011/069823 EP2011069823W WO2012072394A1 WO 2012072394 A1 WO2012072394 A1 WO 2012072394A1 EP 2011069823 W EP2011069823 W EP 2011069823W WO 2012072394 A1 WO2012072394 A1 WO 2012072394A1
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transmission element
drive element
rotational movement
actuator according
drive
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PCT/EP2011/069823
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Ernst Riegler
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Magna Powertrain Ag & Co Kg
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/001—Auxiliary mechanisms for automatic or self-acting brake operation

Definitions

  • the present invention relates to an actuator having a rotatable about a rotation axis drive element, a rotatable about the rotation axis output element and a coupling device through which the drive element to form a torsional backlash with the
  • Output element is coupled.
  • Rotary actuators find application in a variety of devices. Often an undesired rotation of the output element must be prevented in a non-activated state of the actuator.
  • this could be done by means of an additional actuator, e.g. an electromagnetic brake, done.
  • an additional actuator e.g. an electromagnetic brake
  • such an additional actuator is associated with undesirable cost and weight.
  • a self-locking member in the drive chain of the actuator such as a trapezoidal threaded spindle.
  • a self-locking member degrades the overall efficiency of the actuator.
  • the coupling device comprises a transmission element which is coupled in a rotationally fixed manner to the output element and which is connected in a rotationally fixed manner to the transmission element. is displaceable over the output element between a rest position and an operating position, wherein the transmission element is secured against rotation in the rest position by a braking device and is rotatable about the axis of rotation in the operating position, and wherein the transfer element is biased by a spring means in the rest position.
  • the coupling device is designed so that, starting from the rest position of the transmission element by an initial rotational movement of the drive element while using up the
  • Verfitspiels the transmission element against the spring bias in the operating position is displaceable, and that after reaching the operating position, the transition element is driven by a further rotational movement of the drive element to a rotational movement, thereby driving the output member to a rotary motion.
  • the coupling device permits a limited rotational movement of the drive element relative to the transmission element, causing a relative movement of the drive element and of the transmission element, for example axial or radial. This results in a two-phase movement when the actuator is actuated. During an initial first movement phase at most a part of the rotational movement of the drive element is converted into a rotational movement of the transmission element. Incidentally, however, the rotational movement of the drive element is used to selectively solve or determine the braking device.
  • the output element stands still, as long as the torsional backlash between the drive element and output element is used up. During a subsequent second movement phase takes place in the usual way, a torque transmission from the drive element via the transmission element to the output element. In this torque transmission, there are no undesired friction overcome resistances due to self-locking drive links.
  • the transmission element Upon activation of the actuator, therefore, the transmission element is first transferred into the operating position - whereby the braking device is released -, and then the usual driven rotary movement of the output element takes place, as corresponds to the desired function of the actuator. Due to the bias voltage, the actuator automatically takes the
  • the coupling device may comprise at least one rolling element, via which the drive element cooperates with the transmission element during the initial rotational movement.
  • a rolling element such as a cylindrical roller or a ball, allows a motion transmission between the drive element and transmission element with high efficiency.
  • the coupling device can also be designed so that the transmission element during the initial rotational movement of the Drive element of the drive element against the spring bias repels.
  • the drive element can in particular be mounted axially fixed in a housing of the actuator.
  • the coupling device has a deflection device which at least partially deflects the initial rotational movement of the drive element into an axial and / or radial movement of the transmission element.
  • This axial and / or radial movement of the transmission element can be used for releasing or locking the braking device.
  • the deflection device may be designed such that the rotational movement of the drive element is ultimately converted into a spiral movement of the transmission element (axial spiral or radial spiral).
  • the deflection device may comprise at least one ramp. That is to say that on the drive element and / or on the transmission element there may be a region with a surface which is inclined with respect to a normal plane to the axis of rotation and on which, for example, one or more rolling elements roll. Alternatively, the radius of the ramp with respect to the axis of rotation in the direction of rotation may change. In particular, a pair of two opposing ramps may also be provided, which preferably cooperate via one or more rolling elements so as to convert the initial rotational movement of the drive element into a radial or axial movement of the transmission element.
  • the coupling device may comprise at least one stop, via which the drive element cooperates with the transmission element during the further rotational movement.
  • a stop for example, an on abut a ramp rolling rolling elements after completion of the initial rotational movement of a wall portion of the drive element or the transmission element.
  • the stop marks the transition from the initial rotational movement in the further rotational movement, wherein the further rotational movement of the drive element is transmitted due to the stop directly and directly to the transmission element and thus to the output member.
  • the stop or stops the aforementioned torsional backlash, ie the possible rotational movement of the drive element, is limited relative to the transmission element.
  • a rolling element abut against a stop of the drive element and on the other hand against a stop of the transmission element, or the stop of the drive element can abut directly against a stop of the transmission element.
  • the coupling device can be designed such that after stopping the further rotational movement of the drive element, the transmission element is displaced back into the rest position as a result of the spring bias.
  • the embodiment may be such that either the transmission element together with the output element or the drive element perform a compensation rotational movement, ie the return movement of the transmission element in the non-rotating rest position takes place to restore the torsional backlash between the drive element and the output element.
  • the recovered torsional backlash can then be used up again during subsequent actuation of the actuator during the corresponding initial rotational movement.
  • the coupling device can also be different effective for different directions of rotation of the drive element. As a result, a direction of rotation-dependent effectiveness can be achieved. For example, instead of a symmetrical, for example V-shaped, ramp, an asymmetric ramp may be provided.
  • the braking device is arranged stationary.
  • the braking device can be fixed in a housing of the actuator. In the operating position, the transmission element is released from the brake device and can thus move freely.
  • the braking device may comprise a friction device, which preferably has a conical or flat Wirkiläche, or the Bremseinrich- device may comprise a positive brake.
  • a friction device which preferably has a conical or flat Wirkiläche
  • the Bremseinrich- device may comprise a positive brake.
  • Cone brake has a particularly simple and space-saving construction. If sufficient space is available, can
  • a friction device with a plane effective area.
  • a positive brake allows particularly large braking forces, which may be required in some applications.
  • the drive element and the driven element are mounted axially fixed.
  • the output element may be formed as a shaft, which is preferably rotatably mounted on the drive element.
  • the transmis- In contrast, transmission element can be mounted axially movable on the output element, for example by means of a spline.
  • the drive element and the output element thus no elaborate bearings must be provided, which allows an axial mobility lent.
  • the spring device between the driven element and the transmission element can be effective.
  • the spring device may comprise at least one compression spring and / or be effective in the axial direction.
  • a plate spring may be arranged between the output element and the transmission element.
  • a torsion spring for a torsionally elastic coupling or a radially acting spring can be provided.
  • the drive element and / or the transmission element can be formed as a sheet metal forming part, whereby a particularly simple and inexpensive production is possible.
  • FIG. 1 is a sectional view of an actuator according to the invention.
  • Fig. 2 is a perspective view of the actuator of FIG. 1 in a front view.
  • FIG. 3 is a perspective view of the actuator according to FIG.
  • an actuator 1 1 comprises a drive element 13 and an output element 15, which are hollow-shaft-like and are rotatably mounted about a common axis of rotation R in a housing of the actuator 11, not shown.
  • both the drive element 13 and the output element 15 are fixed in the housing.
  • An annular transmission element 17 is seated on the output element 15 and is rotatably by means of a spline 18, but mounted axially displaceable on this. The transmission element 17 is thus displaceable in the direction of the axis of rotation R between a rest position shown in FIG. 1 and a not shown in FIG. 1, further to the right operating position.
  • an outer cone 19 is formed, which in the rest position with the inner cone 20 of a housing-fixed brake ring 21 cooperates such that the transmission element 17 is secured against rotation in the rest position by the friction between the outer cone 19 and the inner cone 20 , If the application requires this, instead of the cone mechanism, a friction device with a plane active surface or a positive brake may also be provided.
  • a pressure-acting spring 27 which biases the transmission element 17 relative to the output element 15 into the rest position.
  • a ball ramp 29 is formed, which is opposite to a ball ramp 31 of the drive element 13.
  • a total of three uniformly distributed over the circumference of the transmission element 17 are provided.
  • Distributed spherically arranged balls 33 provided which are positioned between the ball ramp 29 of the transmission element 17 and the ball ramp 31 of the drive member 13.
  • the relatively short ball ramps 29, 31 extend with respect to the rotation axis R in the circumferential direction and terminate with respective stops 35.
  • the ball ramps 29, 31 extend symmetrically viewed in the circumferential direction.
  • the balls 33 With a relative rotation between the transmission element 17 and the output element 15 about the rotation axis R, the balls 33 can roll on the ball ramps 29, 31, unless they are clamped between two respective stops 35.
  • the balls 33 in cooperation with the ball ramps 29, 31 form a mechanism for coupling the drive element 13 and the output element 15, which will be explained in more detail below.
  • the spring 27 presses the transmission element 17 into the rest position shown in FIG. 1, in which the transmission element 17 is engaged by a frictional engagement between the outer cone 19 and the Inner cone 20 is secured against rotation. In this rest position, an undesired Aktuatorburnung is avoided.
  • the balls 33 are located at a respective vertex 37 of the ball ramps 29, 31. If now the actuator 11 is actuated and thus a torque applied to the drive member 13, then a subsequent rotational movement of the drive member 13 by means of the ball ramp mechanism in a combined movement of the transmission element 17 implemented, which includes both an axial and a radial portion.
  • the ball ramps 29, 31 can be an axially spiral-shaped Define history. Due to the axial movement portion, the transmission element 17 is first transferred from the rest position shown in Fig. 1 in a further right operating position, in which the outer cone 19 of the transmission element 17 is released from the inner cone 20 of the brake ring 21 and the transmission element 17 thus rotate freely can. In this first movement phase, the ball ramps 29, 31 and the balls 33 guided therein thus act as a deflection device in order to redirect the rotational movement of the drive element 13 into an axial movement of the transmission element 17. An existing between the drive element 13 and the output element 15 torsional backlash is used up.
  • the first movement phase of the transmission element 17 is terminated as soon as the balls 33 abut the respective stops 35 of the ball ramps 29, 31. As soon as this is the case, the balls 33 no longer roll off and there is a rotationally fixed coupling between the drive element 13 and the transmission element 17, and thus also with the output element 15, in the corresponding direction of rotation.
  • the drive element 13 thus drives over the balls 33 and the transmission element 17, the output element 15 to a desired rotational movement of the actuator 1 1 (second movement phase). Special frictional resistance can not be overcome here. Since the transmission element 17 has already reached its operating position in this movement phase, no braking force is exerted on the transmission element 17 by the brake ring 21.
  • the actuator 1 1 When the actuator 1 1 is deactivated starting from the operating position of the transmission element 17 and consequently no torque is applied to the drive element 13, the spring 27 pushes the transmission element 17 back into the non-rotational rest position, either the transmission element 17 together with the output element 15 or the drive element 13 (or both) perform a compensation rotational movement during which the balls 33 roll in a direction opposite to the previous direction of rotation on the ball ramps 29, 31 in the direction of the respective vertex 37. The torsional backlash between the drive element 13 and the output element 15 is restored by this compensating movement.
  • the actuator 1 1 is in turn secured by the housing-fixed brake ring 21 against undesired rotation and at the same time ready for a renewed activation.
  • the ball ramps 29, 31 can also deviate from the symmetrical shape shown in FIGS. 2 and 3.
  • a self-locking transmission element acting between the drive element 13 and the output element 15 may be provided to prevent undesired rotation of the actuator 11 - e.g. in case of vibrations - to be safely avoided.

Abstract

Ein Aktuator (11) weist ein um eine Rotationsachse (R) drehbares Antriebselement (13), ein um die Rotationsachse (R) drehbares Abtriebselement (15) und eine Kopplungseinrichtung auf, durch die das Antriebselement (13) unter Ausbildung eines Verdrehspiels mit dem Abtriebselement (15) gekoppelt ist. Die Kopplungseinrichtung umfasst ein mit dem Abtriebselement (15) drehfest gekoppeltes Übertragungselement (17), welches gegenüber dem Abtriebselement (15) zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung versetzbar ist. Das Übertragungselement (17) ist in der Ruhestellung durch eine Bremseinrichtung (21) verdrehgesichert und in der Betriebsstellung um die Rotationsachse (R) drehbar, wobei das Übertragungselement (17) durch eine Federeinrichtung (27) in die Ruhestellung vorgespannt ist. Die Kopplungseinrichtung ist dazu ausgebildet, dass ausgehend von der Ruhestellung des Übertragungselements (17) durch eine anfängliche Drehbewegung des Antriebselements (13) unter Aufbrauchen des Verdrehspiels das Übertragungselement (17) gegen die Federvorspannung in die Betriebsstellung versetzbar ist und dass nach Erreichen der Betriebsstellung das Übertragungselement (17) durch eine weitere Drehbewegung des Antriebselements (13) zu einer Drehbewegung antreibbar ist, um hierdurch auch das Abtriebselement (15) zu einer Drehbewegung anzutreiben.

Description

AKTUATOR
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Antriebselement, einem um die Rotationsachse drehbaren Abtriebselement und einer Kopplungseinrichtung, durch die das Antriebselement unter Ausbildung eines Verdrehspiels mit dem
Abtriebselement gekoppelt ist.
Drehende Aktuatoren finden in einer Vielzahl von Vorrichtungen Anwendung. Häufig muss in einem nicht aktivierten Zustand des Aktuators ein unerwünschtes Verdrehen des Abtriebselements verhindert werden.
Grundsätzlich könnte dies mittels eines zusätzlichen Aktuators, z.B. einer elektromagnetischen Bremse, erfolgen. Ein solcher zusätzlicher Aktuator ist jedoch mit unerwünschten Kosten und Gewicht verbunden. Es könnte auch ein selbsthemmendes Glied in der Antriebskette des Aktuators vorgesehen sein, beispielsweise eine Trapezgewindespindel. Ein derartiges selbsthemmendes Glied verschlechtert jedoch den Gesamtwirkungsgrad des Aktuators.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise an einem Verdrehen in nicht aktiviertem Zustand gehindert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst die Kopplungseinrichtung ein mit dem Ab- triebselement drehfest gekoppeltes Übertragungselement, welches gegen- über dem Abtriebselement zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung versetzbar ist, wobei das Übertragungselement in der Ruhestellung durch eine Bremseinrichtung verdrehgesichert ist und in der Betriebsstellung um die Rotationsachse drehbar ist, und wobei das Über- tragungselement durch eine Federeinrichtung in die Ruhestellung vorgespannt ist. Die Kopplungseinrichtung ist dazu ausgebildet, dass ausgehend von der Ruhestellung des Übertragungselements durch eine anfängliche Drehbewegung des Antriebselements unter Aufbrauchen des
Verdrehspiels das Übertragungselement gegen die Federvorspannung in die Betriebsstellung versetzbar ist, und dass nach Erreichen der Betriebsstellung das Übergangselement durch eine weitere Drehbewegung des Antriebselements zu einer Drehbewegung antreibbar ist, um hierdurch auch das Abtriebselement zu einer Drehbewegung anzutreiben. Die Kopplungseinrichtung gestattet unter Bewirkung einer - beispielsweise axialen oder radialen - Relativbewegung des Antriebselements und des Übertragungselements eine begrenzte Drehbewegung des Antriebselements relativ zu dem Übertragungselement. Dadurch ergibt sich bei einem Betätigen des Aktuators ein zweiphasiger Bewegungsablauf. Während einer anfänglichen ersten Bewegungsphase wird höchstens ein Teil der Drehbewegung des Antriebselements in eine Drehbewegung des Übertragungselements umgesetzt. Im Übrigen wird die Drehbewegung des Antriebselements jedoch dazu genutzt, die Bremseinrichtung wahlweise zu lösen oder festzustellen. Das Abtriebselement steht hierbei still, solange das Verdrehspiel zwischen Antriebselement und Abtriebselement aufgebraucht wird. Während einer nachfolgenden zweiten Bewegungsphase erfolgt in gewohnter Weise eine Drehmomentübertragung von dem Antriebselement über das Übertragungselement auf das Abtriebselement. Bei dieser Drehmomentübertragung sind keine unerwünschten Reibungswi- derstände aufgrund von selbsthemmenden Antriebsgliedern zu überwinden.
Bei einer Aktivierung des Aktuators wird also zunächst das Übertragungs- element in die Betriebsstellung überführt - wobei die Bremseinrichtung gelöst wird -, und anschließend erfolgt die übliche angetriebene Drehbewegung des Abtriebselements, wie es der gewünschten Funktion des Aktuators entspricht. Aufgrund der Vorspannung nimmt der Aktuator automatisch die
verdrehgesicherte Ruhestellung ein, wenn er sich in einem nicht aktivierten Zustand befindet, also z.B. eine zugehörige Erregerspule nicht bestromt ist. Eine unerwünschte Verdrehbewegung wird in dieser Ruhestellung sicher vermieden. Durch die Erfindung kann somit ein unbeab- sichtigtes Weiterdrehen des Aktuators im nicht betätigten Zustand verhindert werden, ohne hierzu zwingend eine eigene, separat zu betätigende Vorrichtung vorsehen zu müssen.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Die Kopplungseinrichtung kann wenigstens einen Wälzkörper umfassen, über den das Antriebselement mit dem Übertragungselement während der anfänglichen Drehbewegung zusammenwirkt. Ein derartiger Wälzkörper, wie eine zylindrische Rolle oder eine Kugel, gestattet eine Bewegungsübertragung zwischen Antriebselement und Übertragungselement mit hohem Wirkungsgrad.
Die Kopplungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, dass das Übertragungselement sich während der anfänglichen Drehbewegung des Antriebselements von dem Antriebselement entgegen der Federvorspannung abstößt. Für eine sichere Abstützung des Übertragungselements oder des Wälzkörpers kann das Antriebselement insbesondere axial fest in einem Gehäuse des Aktuators gelagert sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kopplungseinrichtung eine Umlenkeinrichtung auf, die die anfängliche Drehbewegung des Antriebselements zumindest teilweise in eine axiale und / oder radiale Bewegung des Übertragungselements umlenkt. Diese axiale und/oder radiale Bewegung des Übertragungselements kann zum Lösen oder Feststellen der Bremseinrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die Umlenkeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Drehbewegung des Antriebselements letztlich in eine spiralförmige Bewegung des Übertragungselements umgesetzt wird (Axialspirale oder Radialspirale) .
Die Umlenkeinrichtung kann wenigstens eine Rampe umfassen. Das heißt es kann an dem Antriebselement und / oder an dem Übertragungselement ein Bereich mit einer bezüglich einer Normalebene zu der Rotationsachse geneigten Oberfläche vorhanden sein, auf welchem beispielsweise ein oder mehrere Wälzkörper abrollen. Alternativ kann sich auch der Radius der Rampe bezüglich der Rotationsachse in Umlaufrichtung ändern. Insbesondere kann auch ein Paar von zwei einander gegenüberstehenden Rampen vorgesehen sein, welche vorzugsweise über einen oder mehrere Wälzkörper zusammenwirken, um so die anfängliche Drehbewegung des An- triebselements in eine radiale oder axiale Bewegung des Übertragungselements umzusetzen.
Die Kopplungseinrichtung kann wenigstens einen Anschlag umfassen, über den das Antriebselement mit dem Übertragungselement während der weiteren Drehbewegung zusammenwirkt. Beispielsweise kann ein auf einer Rampe abrollender Wälzkörper nach Abschluss der anfänglichen Drehbewegung an einem Wandabschnitt des Antriebselements oder des Übertragungselements anschlagen. Der Anschlag markiert den Übergang von der anfänglichen Drehbewegung in die weitere Drehbewegung, wobei die weitere Drehbewegung des Antriebselements aufgrund des Anschlags direkt und unmittelbar auf das Übertragungselement und somit auf das Abtriebselement übertragen wird. Hierdurch ist eine zuverlässige Drehmomentübertragung von dem Antriebselement auf das Abtriebselement möglich. Durch den oder die Anschläge wird das genannte Verdrehspiel, d.h. die mögliche Drehbewegung des Antriebselements relativ zu dem Übertragungselement begrenzt. Beispielsweise kann nach Abschluss der anfänglichen Drehbewegung ein Wälzkörper zum einen an einem Anschlag des Antriebselements und zum anderen an einem Anschlag des Übertragungselements anliegen, oder der Anschlag des Antriebselements kann unmittelbar an einem Anschlag des Übertragungselements anliegen.
Weiterhin kann die Kopplungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass nach Anhalten der weiteren Drehbewegung des Antriebselements das Übertragungselement infolge der Federvorspannung zurück in die Ruhe- Stellung versetzt wird. Insbesondere kann die Ausgestaltung derart sein, dass entweder das Übertragungselement gemeinsam mit dem Abtriebselement oder das Antriebselement eine Ausgleichs-Drehbewegung vollziehen, d.h. die Rückstellbewegung des Übertragungselements in die verdrehgesicherte Ruhestellung erfolgt unter Wiederherstellung des Verdrehspiels zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement. Das wiederhergestellte Verdrehspiel kann dann bei einem nachfolgenden Betätigen des Aktuators während der entsprechenden anfänglichen Drehbewegung wieder aufgebraucht werden. Die Kopplungseinrichtung kann ferner für verschiedene Drehrichtungen des Antriebselements unterschiedlich wirksam sein. Hierdurch kann eine drehrichtungsabhängige Wirksamkeit erzielt werden. Zum Beispiel kann anstelle einer symmetrischen, beispielsweise V-förmigen, Rampe eine asymmetrische Rampe vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Bremseinrichtung stationär angeordnet. Beispielsweise kann die Bremseinrichtung in einem Gehäuse des Aktuators fixiert sein. In der Betriebsstellung ist das Über- tragungselement von der Bremseinrichtung gelöst und kann sich somit frei bewegen.
Die Bremseinrichtung kann eine Reibeinrichtung umfassen, die vorzugsweise eine konische oder ebene Wirkiläche besitzt, oder die Bremseinrich- tung kann eine formschlüssige Bremse umfassen. Beispielsweise kann direkt an dem Übertragungselement eine konische Wirkiläche ausgebildet sein, welche mit einer dazu passenden konischen Wirkfläche eines gehäusefesten Bremselements zusammenwirkt. Eine derartige
Konusbremse weist einen besonders einfachen und platzsparenden Auf- bau auf. Sofern ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, kann zur
Verringerung der Herstellungskosten auch eine Reibeinrichtung mit ebener Wirkfläche vorgesehen sein. Eine formschlüssige Bremse ermöglicht besonders große Bremskräfte, was bei manchen Anwendungen erforderlich sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Antriebselement und das Abtriebselement axial fest gelagert.
Ferner kann das Abtriebselement als eine Welle ausgebildet sein, die vor- zugsweise an dem Antriebselement drehbar gelagert ist. Das Übertra- gungselement kann demgegenüber an dem Abtriebselement axial beweglich gelagert sein, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung. Für das Antriebselement und das Abtriebselement müssen somit keine aufwendigen Lagerungen vorgesehen sein, welche eine axiale Beweglichkeit ermög- liehen.
Weiterhin kann die Federeinrichtung zwischen dem Abtriebselement und dem Übertragungselement wirksam sein. Die Federeinrichtung kann wenigstens eine Druckfeder umfassen und / oder in axialer Richtung wirksam sein. Beispielsweise kann eine Tellerfeder zwischen dem Abtriebselement und dem Übertragungselement angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform mit einer anfänglichen Bewegung des Übertragungselements in Form einer Radialspirale kann eine Drehfeder für eine drehelastische Kopplung oder eine radial wirksame Feder vorgesehen sein.
Das Antriebselement und/ oder das Übertragungselement können als ein Blechumformteil gebildet sein, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ak- tuators.
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Aktuators gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorn.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Aktuators gemäß
Fig. 2 von hinten. Gemäß Fig. 1 bis 3 umfasst ein Aktuator 1 1 ein Antriebselement 13 und ein Abtriebselement 15, welche hohlwellenartig ausgebildet sind und um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar in einem nicht dargestellten Gehäuse des Aktuators 11 gelagert sind. In axialer Richtung sind sowohl das Antriebselement 13 als auch das Abtriebselement 15 in dem Gehäuse fixiert. Ein ringförmiges Übertragungselement 17 sitzt auf dem Abtriebselement 15 und ist mittels einer Steckverzahnung 18 drehfest, jedoch axial verschieblich auf diesem gelagert. Das Übertragungselement 17 ist somit in Richtung der Rotationsachse R zwischen einer in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung und einer in Fig. 1 nicht gezeigten, weiter rechts liegenden Betriebsstellung versetzbar. An einer äußeren Umfangsfläche des Übertragungselements 17 ist ein Außenkonus 19 ausgebildet, welcher in der Ruhestellung mit dem Innenkonus 20 eines gehäusefesten Brems- rings 21 derart zusammenwirkt, dass das Übertragungselement 17 in der Ruhestellung durch die Reibwirkung zwischen dem Außenkonus 19 und dem Innenkonus 20 verdrehgesichert ist. Sollte die Anwendung dies erfordern, kann anstelle des Konusmechanismus auch eine Reibeinrichtung mit ebener Wirkfläche oder eine formschlüssige Bremse vorgesehen sein.
Zwischen einer ausgangsseitigen Stirnfläche 23 des Übertragungselements 17 und einer an dem Abtriebselement 15 ausgebildeten Schulter 25 ist eine auf Druck wirksame Feder 27 angeordnet, welche das Übertragungselement 17 relativ zu dem Abtriebselement 15 in die Ruhestellung vorspannt.
An einer eingangsseitigen Stirnfläche 22 des Übertragungselements 17 ist eine Kugelrampe 29 ausgebildet, welche einer Kugelrampe 31 des Antriebselements 13 gegenüberliegt. Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind insgesamt drei über den Umfang des Übertragungselements 17 gleichmä- ßig verteilt angeordnete Kugeln 33 vorgesehen, welche zwischen der Kugelrampe 29 des Übertragungselements 17 und der Kugelrampe 31 des Antriebselements 13 positioniert sind. Die relativ kurzen Kugelrampen 29, 31 erstrecken sich bezogen auf die Rotationsachse R in Umfangsrichtung und schließen mit jeweiligen Anschlägen 35 ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Kugelrampen 29, 31 in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch.
Bei einer relativen Verdrehung zwischen dem Übertragungselement 17 und dem Abtriebselement 15 um die Rotationsachse R können die Kugeln 33 an den Kugelrampen 29, 31 abrollen, sofern sie nicht zwischen zwei jeweiligen Anschlägen 35 eingeklemmt sind. Die Kugeln 33 bilden im Zusammenwirken mit den Kugelrampen 29, 31 einen Mechanismus zur Kopplung des Antriebselements 13 und des Abtriebselements 15, welcher nachfolgend genauer erläutert wird.
Sofern der Aktuator 1 1 nicht aktiviert ist, also kein Drehmoment an dem Antriebselement 13 anliegt, drückt die Feder 27 das Übertragungselement 17 in die in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung, in welcher das Übertragungs- element 17 durch einen Reibeingriff zwischen dem Außenkonus 19 und dem Innenkonus 20 verdrehgesichert ist. In dieser Ruhestellung wird eine unerwünschte Aktuatordrehung vermieden. Die Kugeln 33 befinden sich an einem jeweiligen Scheitelpunkt 37 der Kugelrampen 29, 31. Wenn nun der Aktuator 11 betätigt wird und somit ein Drehmoment an dem Antriebselement 13 anliegt, wird eine daraufhin einsetzende Drehbewegung des Antriebselements 13 mittels des Kugelrampenmechanismus in eine kombinierte Bewegung des Übertragungselements 17 umgesetzt, welche sowohl einen axialen als auch einen radialen Anteil umfasst. Bei- spielsweise können die Kugelrampen 29, 31 einen axial spiralförmigen Verlauf definieren. Aufgrund des axialen Bewegungsanteils wird das Übertragungselement 17 von der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung zunächst in eine weiter rechts liegende Betriebsstellung überführt, in welcher der Außenkonus 19 des Übertragungselements 17 von dem Innenkonus 20 des Bremsrings 21 gelöst ist und sich das Übertragungselement 17 somit frei drehen kann. In dieser ersten Bewegungsphase wirken die Kugelrampen 29, 31 und die darin geführten Kugeln 33 also als Umlenkeinrichtung, um die Drehbewegung des Antriebselements 13 in eine axiale Bewegung des Übertragungselements 17 umzulenken. Ein zwischen dem An- triebselement 13 und dem Abtriebselement 15 bestehendes Verdrehspiel wird dabei aufgebraucht. Die erste Bewegungsphase des Übertragungselements 17 ist beendet, sobald die Kugeln 33 an den jeweiligen Anschlägen 35 der Kugelrampen 29, 31 anstoßen. Sobald dies der Fall ist, rollen die Kugeln 33 nicht mehr ab und es ergibt sich in der entsprechenden Drehrichtung eine drehfeste Kopplung zwischen dem Antriebselement 13 und dem Übertragungselement 17, und somit auch mit dem Abtriebselement 15. Das Antriebselement 13 treibt somit über die Kugeln 33 und das Übertragungselement 17 das Abtriebs- element 15 zu einer wunschgemäßen Drehbewegung des Aktuators 1 1 an (zweite Bewegungsphase). Besondere Reibungswiderstände sind hierbei nicht zu überwinden. Da das Übertragungselement 17 in dieser Bewegungsphase bereits seine Betriebsstellung erreicht hat, wird von dem Bremsring 21 nämlich keine Bremskraft mehr auf das Übertragungsele- ment 17 ausgeübt.
Wenn der Aktuator 1 1 ausgehend von der Betriebsstellung des Übertragungselements 17 deaktiviert wird und folglich kein Drehmoment mehr an dem Antriebselement 13 anliegt, drückt die Feder 27 das Übertragungs- element 17 zurück in die verdrehgesicherte Ruhestellung, wobei entweder das Übertragungselement 17 gemeinsam mit dem Abtriebselement 15 oder aber das Antriebselement 13 (oder beide) eine Ausgleichs-Drehbewegung vollziehen, während der die Kugeln 33 in einer der vorherigen Drehrichtung entgegengesetzten Richtung auf den Kugelrampen 29, 31 in Richtung des jeweiligen Scheitelpunkts 37 abrollen. Das Verdrehspiel zwischen dem Antriebselement 13 und dem Abtriebselement 15 wird durch diese Ausgleichsbewegung wieder hergestellt. Der Aktuator 1 1 ist nun wiederum durch den gehäusefesten Bremsring 21 gegenüber einem unerwünschten Verdrehen gesichert und gleichzeitig bereit für eine erneute Aktivierung.
Sofern ein drehrichtungsabhängiger Bewegungsverlauf erwünscht ist, können die Kugelrampen 29, 31 auch von der in Fig. 2 und 3 dargestellten symmetrischen Form abweichen. Grundsätzlich kann zusätzlich zu der aus dem Übertragungselement 17 und dem Bremsring 21 gebildeten Bremseinrichtung ein zwischen dem Antriebselement 13 und dem Abtriebselement 15 wirkendes, selbsthemmendes Übertragungsglied vorgesehen sein, um ein unerwünschtes Verdrehen des Aktuators 1 1 - z.B. bei auftretenden Schwingungen - sicher zu vermeiden.
Insgesamt kann durch die Erfindung eine einfache und zuverlässige Verdrehsicherung eines Aktuators 1 1 im nicht aktivierten Zustand bereitgestellt werden, welche insbesondere ohne eigens anzusteuernde Betäti- gungsvorrichtung auskommt. Bezugszeichenliste
1 1 Aktuator
13 Antriebselement
15 Abtriebselement
17 Übertragungselement
18 Steckverzahnung
19 Außenkonus
20 Innenkonus
21 Bremsring
22 eingangsseitige Stirnfläche
23 ausgangsseitige Stirnfläche
25 Schulter
27 Feder
29 Kugelrampe des Übertragungselements 31 Kugelrampe des Antriebselements 33 Kugel
35 Anschlag
37 Scheitelpunkt
R Rotationsachse

Claims

Patentansprüche
1. Aktuator ( 1 1), mit
einem um eine Rotationsachse (R) drehbaren Antriebselement
( 13),
einem um die Rotationsachse (R) drehbaren Abtriebselement ( 15), und
einer Kopplungseinrichtung, durch die das Antriebselement ( 13) unter Ausbildung eines Verdrehspiels mit dem Abtriebselement ( 15) gekoppelt ist,
wobei die Kopplungseinrichtung ein mit dem Abtriebselement ( 15) drehfest gekoppeltes Übertragungselement ( 17) umfasst, welches relativ zu dem Abtriebselement ( 15) zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung versetzbar ist, wobei das Übertragungselement ( 17) in der Ruhestellung durch eine Bremseinrichtung (21) verdrehgesichert ist und in der Betriebsstellung um die Rotationsachse (R) drehbar ist, wobei das Übertragungselement ( 17) durch eine Federeinrichtung (27) in die Ruhestellung vorgespannt ist,
wobei die Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, dass ausgehend von der Ruhestellung des Übertragungselements ( 17) durch eine anfängliche Drehbewegung des Antriebselements ( 13) unter Aufbrauchen des Verdrehspiels das Übertragungselement ( 17) gegen die Federvorspannung in die Betriebsstellung versetzbar ist, und dass
nach Erreichen der Betriebsstellung das Übertragungselement ( 17) durch eine weitere Drehbewegung des Antriebselements ( 13) zu einer Drehbewegung antreibbar ist, um hierdurch auch das Abtriebselement ( 15) zu einer Drehbewegung anzutreiben.
2. Aktuator nach Anspruch 1 ,
wobei die Kopplungseinrichtung wenigstens einen Wälzkörper (33) umfasst, über den das Antriebselement ( 13) mit dem Übertragungselement ( 17) während der anfänglichen Drehbewegung zusammenwirkt.
3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, dass das Übertragungselement ( 17) sich während der anfänglichen Drehbewegung des Antriebselements ( 13) von dem Antriebselement ( 13) entgegen der Federvorspannung abstößt.
4. Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Kopplungseinrichtung eine Umlenkeinrichtung (29, 31, 33) aufweist, die die anfängliche Drehbewegung des Antriebselements ( 13) in eine axiale und/ oder radiale Bewegung des Übertragungselements ( 17) umlenkt.
5. Aktuator nach Anspruch 4,
wobei die Umlenkeinrichtung wenigstens eine Rampe (29, 31) umfasst.
6. Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Kopplungseinrichtung wenigstens einen Anschlag (35) umfasst, über den das Antriebselement ( 13) mit dem Übertragungselement ( 17) während der weiteren Drehbewegung zusammenwirkt.
7. Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung ferner derart ausgebildet ist, dass nach Anhalten der weiteren Drehbewegung des Antriebselements ( 13) das Übertragungselement ( 17) infolge der Federvorspannung zurück in die Ruhestellung versetzbar ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kopplungseinrichtung für verschiedene Drehrichtungen des Antriebselements ( 13) unterschiedlich wirksam ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (21) stationär angeordnet ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bremseinrichtung (21) eine Reibeinrichtung umfasst, die vorzugsweise eine konische oder ebene Wirkiläche (20) besitzt, oder wobei die Bremseinrichtung eine formschlüssige Bremse umfasst.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement ( 13) und das Abtriebselement ( 15) axial fest gelagert sind, und/oder
wobei das Abtriebselement ( 15) als eine Welle ausgebildet ist, die vorzugsweise an dem Antriebselement ( 13) drehbar gelagert ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Übertragungselement ( 17) an dem Abtriebselement ( 15) axial beweglich gelagert ist.
13. Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Federeinrichtung (27) zwischen dem Abtriebselement ( 15) und dem Übertragungselement ( 17) wirksam ist, und/ oder wobei die Federeinrichtung (27) wenigstens eine Druckfeder um- fasst, und/ oder
wobei die Federeinrichtung (27) in axialer Richtung wirksam ist.
Aktuator nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement ( 13) und/ oder das Übertragungselement ( 17) als ein Blechumformteil gebildet ist.
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