WO2016155716A1 - Aktoranordnung zur betätigung einer mechanischen einheit, vorzugsweise zur betätigung einer kupplung - Google Patents

Aktoranordnung zur betätigung einer mechanischen einheit, vorzugsweise zur betätigung einer kupplung Download PDF

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Lars Schumann
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
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    • F16H2025/2075—Coaxial drive motors
    • F16H2025/2078—Coaxial drive motors the rotor being integrated with the nut or screw body

Definitions

  • Actuator arrangement for actuating a mechanical unit preferably for
  • the invention relates to an actuator arrangement for actuating a mechanical unit, preferably for actuating a clutch, comprising an electric motor which is connected to a transmission which is designed to convert the rotational movement of the rotor of the electric motor into a translatory movement, and a mechanical energy store.
  • Actuator arrangements are used in clutch actuation systems which have an electric motor serving for the drive and a rotary linear drive for converting the rotational movement of the electric motor into a linear movement for actuating the clutch.
  • the linear actuator assembly includes a transmission system which is connected to the rotor of the electric motor. To operate the clutch force is required in principle only in one direction. Springs within the coupling system ensure a largely independent recovery of the system. The electric motor of the actuator must therefore be operated only in one direction, but in this direction apply a full operating torque.
  • an energy storage device for motor support which has a mechanical energy storage, which is arranged in a transmission which converts the rotational movement of the electric motor in the linear movement.
  • the energy store is a mechanical energy store in which mechanical energy is absorbed or released again by elastic deformation.
  • the invention has for its object to provide a linear actuator assembly for actuating a mechanical unit, in which the design complexity is reduced and yet only a small operating torque must be applied by the electric motor.
  • the object is achieved in that the mechanical energy storage is arranged parallel to the electric motor, wherein the energy storage a first part of a maximum operating torque for actuating the mechanical unit and the electric motor applies a second part of the maximum operating torque for actuating the same mechanical unit, wherein complete the two parts to the maximum operating torque.
  • a particularly reliable interaction between the electric motor and the energy store is possible when the energy store applies the first approximately half the actuation torque and the electric motor applies the second approximately half the actuation torque for actuating the mechanical unit.
  • the electric motor for carrying out a forward and / or a backward movement is formed, in which in each case the second approximately half maximum operating torque is transferable.
  • the torque requirement of the electric motor shifts from previously 0 to M max by M max / 2
  • the energy store is fully tensioned in the load-free state of the mechanical unit to be actuated.
  • the no-load condition exists when the mechanical unit is not operated. Since the energy store and the electric motor access the same driven mechanical unit, the proposed solution can be easily realized mechanically. In this case, the energy storage stores in the no-load state, the energy that is needed to load, which at the beginning the operation of the mechanical unit requires only a small amount of force to operate through the energy storage.
  • the rotor In order to tension the energy store, the rotor brings in the backward movement to the second approximately half maximum operating torque. As a result, the backward movement of the rotor is advantageously used to store energy in the energy store.
  • the mechanical energy storage is axially downstream of the rotor of the electric motor, facing the mechanical unit, and mechanically connected to the rotor.
  • the energy storage engine side is in front of the transmission, so this must exercise only a train.
  • the energy storage is designed as a spring or spring package. These ensure a long energy storage.
  • the mechanical energy store is designed as a spiral spring whose first end is connected to the rotor of the electric motor, while the second end is preferably locked to an actuator housing.
  • the coil spring is stretched or relaxed without additional structural aids solely by the direction of rotation of the electric motor, resulting in a particularly cost-effective design of the linear actuator assembly.
  • the coil spring releases the first half maximum actuation torque up to a predetermined point of the actuation path, from which point the second half maximum actuation torque of the electric motor is superimposed.
  • Such operation is applicable to the operation of loads having both a non-linear and a constant characteristic.
  • the energy store is designed as a compression spring, which is arranged parallel to an axial actuating element.
  • the energy storage acts on the axial actuator.
  • the compression spring acts to actuate the mechanical unit at the beginning of the actuation path to a point of the actuation path at which a force of the compression spring and a force of the mechanical unit to be actuated cancel each other out. From this point, the force of the compression spring, the force of the axial actuator, which is driven by the electric motor is superimposed, so that in total a maximum of twice twice the maximum operating force is provided.
  • the compression spring is connected on the load side to the axial actuating element.
  • the compression spring is arranged radially around the electric motor and / or the transmission.
  • the axial actuating element is designed as a spindle of the transmission. Since the spindle is part of the transmission, can be dispensed with an additional axial actuator.
  • a blocking element for preventing unwanted discharge in the load-free state of the mechanical unit to be actuated is provided on the energy store.
  • the linear actuator is designed as an electromechanical or electrohydraulic linear actuator.
  • this arrangement can be used in many ways, which leads both to the cost reduction in an electro-mechanical and in an electro-hydraulic linear actuator assembly.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2 shows a section through the linear actuator assembly of FIG. 1 in the load-free
  • FIG. 3 shows a section through the linear actuator arrangement according to FIG. 1 in the loaded state
  • FIG. 4 shows a second embodiment of the invention
  • a first embodiment of a linear actuator assembly 1 is shown as it is used in a clutch actuation system of a vehicle.
  • the linear actuator arrangement 1 comprises a housing 2, which surrounds a rotary linear transmission 3, which in turn is surrounded by a rotor 4 of an electrically mutated electric motor, wherein a stator 5 is arranged opposite the rotor 4 of the electric motor.
  • the rotary linear gear 3 comprises a threaded spindle 6, which acts on one side on a plunger 7, which operates, for example, a not further shown clutch of the motor vehicle.
  • a support plate 8 is axially arranged, which expands radially and on which a power electronics 9 for controlling the electric motor 4, 5 is arranged.
  • a mechanical energy accumulator designed as a spiral spring 10 surrounds the plunger 7, one end of the spiral spring 10 being connected to the rotor 4 of the electric motor 4, 5 via a fastening element 11.
  • the second end of the coil spring 10 is fixed to the housing 2.
  • the linear actuator assembly 1 is in the load-free state, which means that the coil spring 10 is tensioned.
  • the spiral spring 10 is surrounded by a free space in which it can expand in a relaxation (Fig. 2).
  • the coil spring 10 as energy storage is thus coupling side parallel to the electric motor 4, 5 integrated into the linear actuator assembly 1 and stores half the maximum actuation energy for actuating the clutch in the no-load condition.
  • the coil spring 10 acts as the electric motor 4, 5 via the plunger 7 on the same coupling.
  • the coil spring 10 is able to provide a substantially constant torque over several revolutions.
  • the electric motor 4, 5 has to apply half the maximum actuating torque in the reverse direction.
  • To operate the clutch acts at the beginning only the coil spring 10, which gradually relaxes and gives off a constant half a maximum operating torque for actuating the clutch.
  • the coupling is fang a Betsch Trentsweges shifted to a point at which half the maximum operating torque of the coil spring 10 is used. From this point, then the operating torque of the coil spring 10 is superimposed by half the maximum operating torque of the electric motor 4, 5, so that in total a maximum of twice twice the maximum operating torque is provided, whereby the clutch can be actuated in their entire range of motion. Due to this configuration, an electric motor 4, 5 is used, which is only half as strong as in conventional linear actuator assemblies, since this cooperates in combination with a simple coil spring, which is connected in parallel to the electric motor.
  • FIG. 2 shows a cross section through the linear actuator arrangement 1 according to FIG. 1, in which the clutch to be actuated is unloaded. From the cross section it can be seen that the coil spring 10 is in the tensioned state and is contracted approximately to the plunger 7, which moves the clutch. The second free end of the coil spring 10 is connected to the housing 2 of the linear actuator assembly 1. The first free end is, as explained in connection with FIG. 1, fixed to the rotor 4 of the electric motor 4, 5.
  • Fig. 3 is a second cross section through the inventive
  • the relaxed coil spring 10 now has a larger radius and abuts against the housing 2 of the linear actuator assembly 1. If the coil spring 10 is relaxed, the rotor 4 of the electric motor 4, 5 moves in the forward direction and transmits its actuating torque via the plunger 7 to the clutch. In the backward movement of the electric motor 4, 5, the coil spring 10 is stretched again and is thus ready for further actuation of the clutch.
  • FIG. 4 A second embodiment of the linear actuator assembly 1 according to the invention is shown in Fig. 4.
  • This linear actuator assembly 1 differs from the Fig. 1 only in that instead of the coil spring 10, a compression spring 12 is provided.
  • This compression spring 12 is arranged radially around the electric motor 4, 5 and the transmission 3. It extends parallel to the spindle 6, which is part of the transmission 3 and is connected to the load side with this.
  • the spindle 6 serves as an axial actuating element, on which the compression spring 12 acts.
  • the design of the compression spring characteristic is based on the load characteristic of the mechanical element to be actuated, for example the clutch.
  • the compression spring 12 is fully tensioned so clutch to be actuated mechanical element. To achieve this, the electric motor 4, 5 must apply in the reverse direction half the maximum operating torque.
  • linear actuator arrangement 1 an energy storage in the form of a coil spring 10 or a compression spring 12 is integrated, which has such an energy capacity, which corresponds to half of the maximum actuation energy for the clutch, which contributes to the drive electric motor 4, 5 and its power electronics 9 can be significantly reduced.
  • the linear actuator arrangement 1 can be designed as an electromechanical or electrohydraulic actuator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktoranordnung zur Betätigung einer mechanischen Einheit, vorzugsweise zur Betätigung einer Kupplung, umfassend einen Elektromotor (4, 5), der mit einem Getriebesystem (3) verbunden ist, das zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des Rotors (4) des Elektromotors (4, 5) in eine translatorische Bewegung ausgebildet ist und einen mechanischen Energiespeicher (10). Bei einer Linearaktoranordnung, bei welcher die Baugröße des Elektromotors reduziert werden kann, ist dermechanische Energiespeicher (10) parallel zu dem Elektromotor (4, 5) angeordnet ist, wobei der Energiespeicher (10) einen ersten Teil eines maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung der mechanischen Einheit und der Elektromotor (4, 5) einen zweiten Teil des maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung derselben mechanischen Einheitaufbringt, wobei sich die beiden Teile zum maximalen Betätigungsmoment ergänzen.

Description

Aktoranordnung zur Betätigung einer mechanischen Einheit vorzugsweise zur
Betätigung einer Kupplung
Die Erfindung betrifft eine Aktoranordnung zur Betätigung einer mechanischen Einheit, vorzugsweise zur Betätigung einer Kupplung, umfassend einen Elektromotor, der mit einem Getriebe verbunden ist, das zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des Rotors des Elektromotors in eine translatorische Bewegung ausgebildet ist, und einen mechanischen Energiespeicher.
In Kupplungsbetätigungssystemen werden Aktoranordnungen verwendet, welche einen zum Antrieb dienenden Elektromotor und ein Rotations-Lineargetriebe zur Wandlung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Linearbewegung zur Betätigung der Kupplung aufweisen. Die Linearaktoranordnung umfasst dabei ein Getriebesystem, welches mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Zur Betätigung der Kupplung wird prinzipiell nur in eine Richtung Kraft benötigt. Federn innerhalb des Kupplungssystems sorgen für eine weitgehend selbstständige Rückstellung des Systems. Der Elektromotor des Aktors muss somit nur in eine Richtung betätigt werden, in dieser Richtung aber ein volles Betätigungsmoment aufbringen.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2014 223 578.2 ist eine Energiespeichervorrichtung zur Motorunterstützung bekannt, welche einen mechanischen Energiespeicher aufweist, der in einem Getriebe, welches die Drehbewegung des Elektromotors in die Linearbewegung umsetzt, angeordnet ist. Bei dem Energiespeicher handelt es sich um einen mechanischen Energiespeicher, bei welchem durch elastische Verformung mechanische Energie aufgenommen bzw. wieder abgegeben wird. Mittels eines mechanischen Sensierelementes werden ein erster bzw. ein zweiter Freilauf geschaltet, um die Kupplung zu betätigen. Nachteil dieser Anordnung ist ein hoher konstruktiver Aufwand. Die Vielzahl der Einzelteile muss für ein zuverlässiges Zusammenspiel gut aufeinander justiert verarbeitet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearaktoranordnung zur Betätigung einer mechanischen Einheit anzugeben, bei welcher der konstruktive Aufwand verringert und trotzdem nur ein geringes Betätigungsmoment durch den Elektromotor aufgebracht werden muss. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der mechanische Energiespeicher parallel zu dem Elektromotor angeordnet ist, wobei der Energiespeicher einen ersten Teil eines maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung der mechanischen Einheit und der Elektromotor einen zweiten Teil des maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung derselben mechanischen Einheit aufbringt, wobei sich die beiden Teile zum maximalen Betätigungsmoment ergänzen. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund des reduzierten Betätigungsmomentes der Elektromotor in seiner Baugröße deutlich verkleinert werden kann. Die maximale Betätigungsenergie, die für die vollständige Betätigung der mechanischen Einheit benötigt wird, wird dabei aus dem Betätigungsmoment, welches von dem mechanischen Energiespeicher bereitgestellt wird und dem Betätigungsmoment des verkleinerten Elektromotors erzeugt. Durch eine solche Anordnung wird nicht nur Bauraum gespart, sondern auch kostenintensives Spulen- und Magnetmaterial. Darüber hinaus kann auch die Leistungselektronik entsprechend kleiner dimensioniert werden, womit auch die maximale Netzbelastung durch die Linearaktoranordnung geringer ausfällt.
Ein besonders zuverlässiges Zusammenspiel zwischen Elektromotor und Energiespeicher ist möglich, wenn der Energiespeicher das erste annähernd halbe Betätigungsmoment und der Elektromotor das zweite annähernd halbe Betätigungsmoment zur Betätigung der mechanischen Einheit aufbringt.
Vorteilhafterweise ist der Elektromotor zur Ausführung einer Vorwärts- und/oder einer Rückwärtsbewegung ausgebildet, bei welcher jeweils das zweite annähernd halbe maximale Betätigungsmoment übertragbar ist. Bei dieser Ausführung verschiebt sich der Momentenbedarf des Elektromotors von bisher 0 bis Mmax um Mmax/2 zu
-Mmax/2<0<+Mmax/2. Dadurch wird die installierte Momentenkapazität des Elektromotors besser ausgenutzt, was wesentlich kleinere Elektromotoren ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist der Energiespeicher im lastfreien Zustand der zu betätigenden mechanischen Einheit voll gespannt. Der lastfreie Zustand liegt vor, wenn die mechanische Einheit nicht betätigt wird. Da der Energiespeicher und der Elektromotor auf dieselbe anzutreibende mechanische Einheit zugreifen, lässt sich die vorgeschlagene Lösung einfach mechanisch verwirklichen. Dabei speichert der Energiespeicher im lastfreien Zustand die Energie, die benötigt wird, um die Last, welche zu Beginn der Betätigung der mechanischen Einheit nur einen geringen Kraftaufwand erfordert, durch den Energiespeicher zu betreiben.
Um dem Energiespeicher zu spannen, bringt der Rotor in der Rückwärtsbewegung das zweite annähernd halbe maximale Betätigungsmoment auf. Dadurch wird die Rückwärtsbewegung des Rotors vorteilhafterweise dazu genutzt, Energie in den Energiespeicher zu speichern.
Vorteilhafterweise ist der mechanische Energiespeicher axial dem Rotor des Elektromotors, der mechanischen Einheit zugewandt, nachgeordnet und mit dem Rotor mechanisch verbunden. Somit befindet sich der Energiespeicher motorseitig vor dem Getriebe, wodurch dieses nur einen Zug ausüben muss.
Vorteilhafterweise ist der Energiespeicher als Feder oder Federpaket ausgebildet. Diese gewährleisten eine lange Energiespeicherung.
In einer Ausgestaltung ist der mechanische Energiespeicher als Spiralfeder ausgebildet, deren erstes Ende mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist, während dessen zweites Ende vorzugsweise an einem Aktorgehäuse arretiert ist. Die Spiralfeder wird ohne zusätzliche konstruktive Hilfsmittel allein durch die Drehrichtung des Elektromotors gespannt oder entspannt, was zu einer besonders kostengünstigen Gestaltung der Linearaktoranordnung führt.
In einer Weiterbildung gibt zur Betätigung der mechanischen Einheit am Anfang eines Betätigungsweges die Spiralfeder bis zu einem vorgegebenen Punkt des Betätigungsweges das erste halbe maximale Betätigungsmoment ab, welchem ab diesem Punkt dieses Betätigungsweges das zweite halbe maximale Betätigungsmoment des Elektromotors überlagert wird. Eine solche Funktionsweise ist bei der Betätigung von Lasten anwendbar, die sowohl eine nicht lineare als auch eine konstante Kennlinie aufweisen. Durch die Addition der halben maximalen Betätigungsmomente, die auf die Last wirken, wird somit gemeinsam aus dem Energiespeicher und durch den Elektromotor die maximale Betätigungsenergie bereitgestellt.
In einer anderen Ausgestaltung ist der Energiespeicher als Druckfeder ausgebildet, welche parallel zu einem axialen Betätigungselement angeordnet ist. Der Energiespeicher wirkt dabei auf das axiale Betätigungselement. Vorteilhafterweise wirkt zur Betätigung der mechanischen Einheit am Anfang des Betätigungsweges die Druckfeder bis zu einem Punkt des Betätigungsweges, an welchem eine Kraft der Druckfeder und eine Kraft der zu betätigenden mechanischen Einheit sich gegenseitig aufheben. Ab diesem Punkt wird die Kraft der Druckfeder die Kraft des axialen Betätigungselementes, welches von dem Elektromotor angetrieben wird überlagert, so dass in Summe maximal zweimal die halbe maximale Betätigungskraft zur Verfügung gestellt wird.
In einer Variante ist die Druckfeder lastseitig mit dem axialen Betätigungselement verbunden. Dadurch wird die Überlagerung der Betätigungskräfte der Druckfeder und des axialen Betätigungselementes gewährleistet.
Um Bauraum einzusparen, ist die Druckfeder radial um den Elektromotor und/oder das Getriebe angeordnet.
In einer Ausführungsform ist das axiale Betätigungselement als Spindel des Getriebes ausgebildet. Da die Spindel Bestandteil des Getriebes ist, kann auf ein zusätzliches axiales Betätigungselement verzichtet werden.
In einer Weiterbildung ist an dem Energiespeicher ein Sperrelement zur Verhinderung einer ungewollten Entladung im lastfreien Zustand der zu betätigenden mechanischen Einheit vorgesehen.
In einer Ausgestaltung ist der Linearaktor als elektromechanischer oder elektrohydrau- lischer Linearaktor ausgebildet. Somit lässt sich diese Anordnung vielseitig einsetzen, was sowohl zur Kostenreduzierung bei einer elektromechanischen als auch bei einer elektrohydraulischen Linearaktoranordnung führt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Linearaktoranordnung,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Linearaktoranordnung gemäß Fig. 1 im lastfreien
Zustand,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Linearaktoranordnung gemäß Fig. 1 im belasteten Zustand, Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Linearaktoranordnung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Linearaktoranordnung 1 dargestellt, wie diese in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Fahrzeuges eingesetzt wird. Die Linearaktoranordnung 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches ein Rotations- Lineargetriebe 3 umschließt, das wiederum von einem Rotor 4 eines elektrisch kom- mutierten Elektromotors umgeben ist, wobei ein Stator 5 dem Rotor 4 des Elektromotors gegenüberliegend angeordnet ist.
Das Rotations-Lineargetriebe 3 umfasst eine Gewindespindel 6, welche auf einer Seite an einem Stößel 7 angreift, welche beispielsweise eine nicht weiter dargestellte Kupplung des Kraftfahrzeuges betätigt.
Auf einer Seite des Getriebes 3 und des Elektromotors 4, 5 ist axial eine Trägerplatte 8 angeordnet, die sich radial ausdehnt und auf welcher eine Leistungselektronik 9 zur Ansteuerung des Elektromotors 4, 5 angeordnet ist. Auf der anderen, der Kupplung zugewandten Seite des Elektromotors 4, 5 umschließt ein als Spiralfeder 10 ausgebildeter mechanischer Energiespeicher den Stößel 7, wobei ein Ende der Spiralfeder 10 mit dem Rotor 4 des Elektromotors 4, 5 über ein Befestigungselement 1 1 verbunden ist. Das zweite Ende der Spiralfeder 10 ist am Gehäuse 2 befestigt.
Im vorgegebenen Ausführungsbeispiel befindet sich die Linearaktoranordnung 1 im lastfreien Zustand, was bedeutet, dass die Spiralfeder 10 gespannt ist. Die Spiralfeder 10 ist dabei von einem Freiraum umgeben, in welchem diese sich bei einer Entspannung ausdehnen kann (Fig. 2). Die Spiralfeder 10 als Energiespeicher ist somit kupp- lungsseitig parallel zum Elektromotor 4, 5 in die Linearaktoranordnung 1 integriert und speichert die halbe maximale Betätigungsenergie zur Betätigung der Kupplung im lastfreien Zustand. Die Spiralfeder 10 wirkt wie der Elektromotor 4, 5 über den Stößel 7 auf dieselbe Kupplung. Die Spiralfeder 10 ist dabei in der Lage, über mehrere Umdrehungen ein weitgehend konstantes Drehmoment zur Verfügung zu stellen.
Um im lastfreien Zustand der zu betätigenden Kupplung die Spiralfeder voll zu spannen, muss der Elektromotor 4, 5 in Rückwärtsrichtung das halbe maximale Betätigungsmoment aufbringen. Zum Betätigen der Kupplung wirkt am Anfang nur die Spiralfeder 10, die sich allmählich entspannt und konstant ein halbes maximales Betätigungsmoment zur Betätigung der Kupplung abgibt. Dabei wird die Kupplung vom An- fang eines Betätigungsweges bis zu einem Punkt verschoben, an welchem das halbe maximale Betätigungsmoment der Spiralfeder 10 eingesetzt wird. Ab diesem Punkt wird dann das Betätigungsmoment der Spiralfeder 10 durch das halbe maximale Betätigungsmoment des Elektromotors 4, 5 überlagert, so dass in Summe maximal zweimal das halbe maximale Betätigungsmoment zur Verfügung gestellt wird, wodurch die Kupplung in ihrem gesamten Bewegungsspielraum betätigt werden kann. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird ein Elektromotor 4, 5 genutzt, welcher nur halb so stark ist wie in konventionellen Linearaktoranordnungen, da dieser in Kombination mit einer einfachen Spiralfeder, welche zum Elektromotor parallelgeschaltet ist, zusammenwirkt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Linearaktoranordnung 1 gemäß Fig. 1 , bei welchem die zu betätigende Kupplung lastfrei ist. Aus dem Querschnitt ist zu erkennen, dass die Spiralfeder 10 sich im gespannten Zustand befindet und annähernd um den Stößel 7, welcher die Kupplung bewegt, zusammengezogen ist. Das zweite freie Ende der Spiralfeder 10 ist dabei mit dem Gehäuse 2 der Linearaktoranordnung 1 verbunden. Das erste freie Ende ist, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, an den Rotor 4 des Elektromotors 4, 5 fixiert.
In Fig. 3 ist ein zweiter Querschnitt durch die erfindungsgemäße
Linearaktoranordnung 1 gemäß Fig. 1 dargestellt, bei welchem die Spiralfeder 10 entspannt ist, d.h. ihre Energie zur Betätigung der Kupplung abgegeben hat. Die entspannte Spiralfeder 10 besitzt nun einen größeren Radius und liegt an dem Gehäuse 2 der Linearaktoranordnung 1 an. Ist die Spiralfeder 10 entspannt, so bewegt sich der Rotor 4 des Elektromotors 4, 5 in Vorwärtsrichtung und überträgt sein Betätigungsmoment über den Stößel 7 auf die Kupplung. In der Rückwärtsbewegung des Elektromotors 4, 5 wird die Spiralfeder 10 wieder gespannt und ist somit zur weiteren Betätigung der Kupplung bereit.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearaktoranordnung 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Diese Linearaktoranordnung 1 unterscheidet sich von der Fig. 1 lediglich darin, das statt der Spiralfeder 10 eine Druckfeder 12 vorgesehen ist. Diese Druckfeder 12 ist radial um den Elektromotor 4, 5 und das Getriebe 3 angeordnet. Sie erstreckt sich dabei parallel zur Spindel 6, die Bestandteil des Getriebes 3 ist und ist lastseitig mit dieser verbunden. Die Spindel 6 dient dabei als axiales Betätigungselement, auf welches die Druckfeder 12 einwirkt. Die Auslegung der Druckfederkennlinie orientiert sich an der Lastkennlinie des zu betätigenden mechanischen Elementes, beispielsweise der Kupplung.
Die Druckfeder 12 ist so Kupplung zu betätigenden mechanischen Elementes voll gespannt ist. Um dies zu erreichen, muss der Elektromotor 4, 5 in Rückwärtsrichtung das halbe maximale Betätigungsmoment aufbringen.
Zum Betätigen der Kupplung wirkt am Anfang des Betätigungsweges nur die Druckfeder 12, in dem diese sich entspannt und dabei eine Kraft an die Kupplung abgibt. Dies erfolgt bis zu einem Punkt, an welchem die Kraft der Druckfeder 12 und die Kraft der Kupplung sich gegenseitig aufheben. Ab diesem Punkt wird der Kraft der Druckfeder 12 die Kraft der Spindel 6, die von dem Elektromotor 4, 5 angetrieben wird, überlagert. Somit werden sowohl von der Druckfeder 12 als auch von der, durch den Elektromotor 4, 5 angetriebenen Spindel 6 zweimal die halbe maximale Betätigungskraft für die Kupplung bereitgestellt.
Alternativ zu der Druckfeder 12 kann auch ein Tellerfederpaket eingesetzt werden.
In der beschriebenen Linearaktoranordnung 1 ist somit ein Energiespeicher in Form einer Spiralfeder 10 oder eine Druckfeder 12 integriert, der eine solche Energiekapazität aufweist, welche der Hälfte der maximalen Betätigungsenergie für die Kupplung entspricht, was dazu beiträgt, dass der Antriebselektromotor 4, 5 und dessen Leistungselektronik 9 signifikant verkleinert werden können. Die Linearaktoranordnung 1 kann dabei als elektromechanischer oder als elektrohydraulischer Aktor ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste Linearaktoranordnung
Gehäuse
Rotations-Lineargetriebe
Rotor des Elektromotors
Stator des Elektromotors
Gewindespindel
Stößel
Trägerplatte
Leistungselektronik
Spiralfeder
Befestigungselement
Druckfeder

Claims

Patentansprüche
1 . Aktoranordnung zur Betätigung einer mechanischen Einheit, vorzugsweise zur Betätigung einer Kupplung, umfassend einen Elektromotor (4, 5), der mit einem Getriebe (3) verbunden ist, das zur Umwandlung der rotatorischen Bewegung des Rotors (4) des Elektromotors (4, 5) in eine translatorische Bewegung ausgebildet ist und einen mechanischen Energiespeicher (10, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher (10, 12) parallel zu dem Elektromotor (4, 5) angeordnet ist, wobei der Energiespeicher (10, 12) einen ersten Teil eines maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung der mechanischen Einheit und der Elektromotor (4, 5) einen zweiten Teil des maximalen Betätigungsmomentes zur Betätigung derselben mechanischen Einheit aufbringt, wobei sich die beiden Teile zum maximalen Betätigungsmoment ergänzen.
2. Aktoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10, 12) das erste annähernd halbe Betätigungsmoment und der Elektromotor (4, 5) das zweite annähernd halbe Betätigungsmoment zur Betätigung der mechanischen Einheit aufbringt.
3. Aktoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4, 5) zur Ausführung einer Vorwärts- oder einer Rückwärtsbewegung ausgebildet ist, bei welcher jeweils das zweite halbe maximale Betätigungsmoment übertragbar ist.
4. Aktoranordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10, 12) im lastfreien Zustand des zu betätigenden mechanischen Elementes voll gespannt ist.
5. Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Spannen des Energiespeichers (10, 12) der Elektromotor (4, 5) in der Rückwärtsbewegung das zweite annähernd halbe maxinnale Betätigungsmoment aufbringt.
Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher (10) axial dem Rotor (4) des Elektromotors (4, 5), der mechanischen Einheit zugewandt, nachgeordnet und mit dem Rotor (4) mechanisch verbunden ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Energiespeicher als Spiralfeder (10) ausgebildet ist, deren erstes Ende mit dem Rotor (4) des Elektromotors (4, 5) verbunden ist, während dessen zweites Ende vorzugsweise an einem Aktorgehäuse (2) arretiert ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der mechanischen Einheit am Anfang eines Betätigungsweges die Spiralfeder (10) bis zu einem vorgegebenen Punkt des Betätigungsweges das erste halbe maximale Betätigungsmoment abgibt, welchem ab diesem Punkt des Betätigungsweges das zweite halbe maximale Betätigungsmoment des Elektromotors (4, 5) überlagert wird.
Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher als Druckfeder (12) ausgebildet ist, welche parallel zu einem axialen Betätigungselement (6) angeordnet ist.
Aktoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der mechanischen Einheit am Anfang des Betätigungsweges die Druckfeder (12) bis zu einem Punkt des Betätigungsweges wirkt, an welchem eine Kraft der Druckfeder (12) und eine Kraft der zu betätigenden mechanischen Einheit sich gegenseitig aufheben.
1 1 . Aktoranordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (12) lastseitig mit dem axiale Betätigungselement (6) verbunden ist.
12. Aktoranordnung nach Anspruch 9, 10, 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (12) radial um den Elektromotor (4, 5) und/oder ein Getriebe (3) angeordnet ist.
13. Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Betätigungselement eine Spindel (6) des Getriebes (3) ist.
14. Aktoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Energiespeicher (10, 12) ein Sperrelement zur Verhinderung einer ungewollten Entladung im lastfreien Zustand der zu betätigenden mechanischen Einheit vorgesehen ist.
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