WO2023151740A1 - Recoil brake for an actuator, and actuator comprising a recoil brake - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a reverse brake for an actuator, in particular an electromechanical actuator and an actuator with such a reverse brake.
- Reverse brakes or backstops are well known in the prior art.
- brakes can be activated in the rear axle steering of a vehicle to reduce the duty cycle, in the event of a fault or in the event of vibrations, as described in DE 10 2019 219 392 A1, for example.
- return brakes can be used in steering actuators or chassis actuators, where they act on the output side of the actuator.
- DE 10 2017214 284 B4 discloses an electromagnetically actuated reverse brake, in which a frictional connection is achieved by a radially actuated pin. A considerable amount of force can be required to generate a braking effect.
- Other radially acting return brakes are disclosed, for example, in US Pat. No. 10,858,043 B2 and WO 2020/080832 A1.
- reverse brakes are actuated electromagnetically, e.g. by pulling an armature in the axial direction onto a counter surface, thus generating a frictional torque proportional to the attraction force.
- the reverse brake according to the invention for an actuator in particular for an electromechanical actuator, has a clutch unit, a spring unit and an actuating unit.
- the clutch unit is set up to couple an output unit of the actuator to a housing of the actuator in a torque-proof manner in a closed state.
- the spring unit is set up to close the clutch unit when the actuator is in a non-driven state, and the actuating unit is set up to open or release the clutch unit when the actuator is in a driven state.
- the actuation unit has a ramp pinion with a first ramp geometry and a ramp sleeve with a second ramp geometry, wherein the ramp pinion is designed to be coupled in a torque-transmitting manner to a drive unit of the actuator and the ramp sleeve is designed to be non-rotatably and axially displaceable with the output side of the actuator to be coupled.
- the first ramp geometry and the second ramp geometry each have ramp-like guide surfaces that interact directly or indirectly in such a way that rotating the ramp pinion causes an axial displacement of the ramp sleeve against a spring force of the spring unit.
- the axial displacement of the ramp sleeve in particular in the direction of the spring force of the spring unit, can cause the ramp pinion to rotate.
- the respective ramp-like guide surfaces are in contact with one another, in particular in sliding and/or frictional contact.
- the respective ramped guide surfaces of the first ramp geometry and the second ramp geometry cooperate indirectly, the respective ramped guide surfaces are in operative contact via at least one further element arranged between them.
- the ramp pinion can also be set up to be coupled in an axially fixed manner to the drive unit of the actuator.
- the advantage of the solution according to the invention lies in particular in the fact that the reverse brake is opened solely by the drive side of the actuator and is released independently of a drive direction of rotation, ie in both directions of rotation of the ramp pinion.
- the actuation of the reverse brake by the drive side of the actuator makes it possible to dispense with a separate control unit for the reverse brake.
- the number of components and the required installation space of the reverse brake can be reduced, as a result of which the reverse brake has a particularly compact design.
- the return brake can also be closed independently of a so-called reverse direction of load rotation on the output side, ie in both directions of rotation of the ramp pinion.
- the return brake is inexpensive and/or versatile or universally applicable.
- the actuation unit has a drivable or driven ramp pinion with an essentially complementary ramp sleeve that is assigned to the output side.
- the ramp pinion is in particular set up to be driven in rotation by a drive torque, as a result of which the ramp pinion and the ramp sleeve rotate relative to one another, which leads to an axial displacement of the ramp sleeve.
- This axial displacement which is caused in particular by driving the ramp pinion, serves to open or release the clutch unit.
- the spring unit is designed and/or arranged in such a way that it causes a spring force that closes the clutch unit. It can therefore be said that the spring force of the spring unit counteracts the axial displacement of the ramp sleeve to release the clutch unit.
- the ramp-like guide surfaces extend from an inner diameter to an outer diameter of the respective ramp geometry.
- the ramp-like guide surfaces are arranged in a circumferential direction of the ramp geometry, more particularly distributed substantially equally, the ramp-like guide surfaces of the first and second ramp geometry arranged parallel to one another being set up to be in direct or indirect operative contact in the axial direction.
- direct operative contact the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry are in direct contact with one another, in particular in sliding contact.
- the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry there is between the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry at least one rolling body is arranged, wherein the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry are at least partially in rolling contact with the at least one rolling body, and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry are also at least partially in rolling contact with the at least one rolling body.
- the ramp pinion and/or the ramp sleeve can each have a connection geometry that is set up to couple the ramp pinion to the drive side or the ramp sleeve to the output side, at least in a torque-transmitting manner.
- the ramp-like guide surfaces are essentially in the form of screw threads.
- the ramp-like guide surfaces have a gradient that can be specified in an axial travel per revolution, e.g. in mm/rev.
- a ramp angle thus becomes flatter as the reaming diameter increases, i.e. from the inner diameter to the outer diameter.
- the slope, and the resulting ramp angle, of the ramp-like guide surfaces, which are designed essentially in the form of a screw thread is greater on the inner diameter than on the outer diameter. Therefore, the gradient of the ramp-like guide surfaces is determined in particular as a mean value.
- this average slope can be determined using an average friction diameter, which is calculated as follows:
- the first ramp geometry and/or the second ramp geometry have at least one cambered, ramp-like guide surface.
- at least one ramp-like guide surface is convex or crowned when viewed in cross section.
- the crowning has its so-called high point in the calculated mean friction diameter.
- the crowning makes it possible to compensate for tolerance-related shape deviations of the ramp-like guide surfaces, especially when new, which lead to a deviation from the calculated average friction diameter, and thus ensure proper functioning of the actuating unit.
- the ramp pinion and/or the ramp sleeve has at least one end stop which is set up to limit relative twisting between the ramp pinion and the ramp sleeve.
- the end stop ensures that the ramp pinion and the ramp sleeve are always in active contact and the operating unit is therefore always functional.
- the at least one end stop is designed as a rotary limiter for the relative twisting between the ramp pinion and the ramp sleeve, or as an axial limiter for the axial displacement (of a disengagement path) of the ramp sleeve.
- the rotary limitation can be designed in particular as at least one, in particular several, end stop fingers.
- the end stop finger(s) can preferably be formed integrally in one piece with the respective ramp geometry.
- the axial limitation can in particular be designed as a stop which extends in the radial direction and in particular essentially runs all the way around, which is positioned in such a way that it limits the axial displacement of the ramp sleeve in the axial direction.
- the ramp sleeve and the clutch unit are integrally formed in one piece.
- the installation space of the reverse brake can be further reduced.
- an outer circumference of the second ramp geometry of the ramp sleeve can be designed in the manner of a cone, with the cone-like outer surface being set up to form a frictionally engaged clutch unit with a complementarily designed conical surface, for example on the housing.
- the clutch unit is embodied as a friction-locking clutch unit, e.g. Frictional clutch units have a lower hysteresis between releasing and closing the reverse brake than positive clutch units. Positive-locking coupling units are either released (no positive locking) or closed (positive locking).
- Frictionally engaged clutch units have a transition area, ie when the clutch is released, an area in which the frictional force decreases essentially continuously, and when the clutch is engaged, an area in which the frictional force increases essentially continuously.
- the return brake can be particularly robust with regard to impacts and/or possible overtorques, so-called torque peaks, and can absorb them, in particular compensate for slipping of the clutch unit, and thus protect other components of the actuator.
- the multi-plate clutch is particularly suitable for use at high torques, for example for transmissions with a high level of efficiency, in particular an efficiency of more than 70%, more particularly of more than 80%.
- the conical friction surface clutch is a friction clutch in which two complementary cone-like surfaces interact in a friction-locked manner.
- the conical friction surface clutch is cheaper to manufacture than the multi-plate clutch and is suitable, for example, for transmissions with an efficiency of around 70%.
- the conical friction surface clutch is suitable for use in gears with self-locking, e.g. a worm gear.
- the actuation unit also has rolling bodies, which are arranged between the first ramp geometry and the second ramp geometry.
- rolling bodies can be arranged in a so-called rolling cage.
- the spring unit is designed as a cup spring that is arranged in such a way that the spring force acts in the closing direction of the clutch unit.
- the plate spring has a small width, particularly in the axial direction, as a result of which the recoil brake can be made compact, particularly in the axial direction.
- the spring unit has a spring force which is set up to return the actuating unit to its initial position, a so-called neutral position, when the actuator is in a non-driven state.
- the spring force is preferably selected in such a way that it can move the actuating unit into the starting position, ie the neutral position, via the ramp gradient against a drag torque acting on the drive side.
- the ramp pinion is made of a metal or a metal alloy
- the ramp sleeve is made of a plastic or a plastic mixture.
- the combination of steel and plastic makes it possible to reduce friction in the direct To reduce active contact of the ramp-like guide surfaces.
- other material pairings or combinations for the ramp pinion and the ramp sleeve are also conceivable, especially in the case of dry, ie not greased, running operating units, such as a bronze-steel pairing, or a steel-steel pairing, with at least the ramp-like guide surfaces of the ramp pinion or ramp sleeve have a coating. If the actuation unit is greased, there is no need to coat the steel-steel combination.
- the reverse brake has position determination means that are set up to determine the angular position on the output side.
- the clutch assembly and/or the ramp sleeve may have multiple material passages or bores that are sensed by a drive-side sensor.
- a magnetic code can also be applied to the coupling unit and/or the ramp sleeve.
- the reverse brake also has a tolerance disc which is set up to compensate for axial tolerance fluctuations that occur, in particular manufacturing tolerances.
- the tolerance disc can be arranged between the ramp pinion and the drive unit. Exact positioning of the ramp pinion makes it possible to use a characteristic curve range of the spring unit in which the spring force, in particular the axial spring force, is essentially constant, i.e. essentially unchanged, over a release path of the spring unit and/or the service life of the reverse brake.
- a further aspect of the invention relates to an actuator, in particular an electromechanical actuator.
- the actuator has a drive unit, an output unit and a reverse brake according to the invention.
- the drive unit for example an electric motor, is set up to generate a drive torque.
- the output unit for example a gear unit, is set up to pass on the drive torque of the drive unit.
- the output unit designed as a gear unit, can convert the drive torque of the drive unit into an actuating torque of the actuator.
- the reverse brake is arranged between the drive unit and the output unit, the clutch unit being coupled to the output unit in a torque-proof manner.
- the ramp pinion is coupled to the drive unit in a rotationally fixed manner
- the ramp sleeve is coupled directly or indirectly to the output unit in a rotationally fixed and axially displaceable manner.
- the ramp sleeve is at least partially in direct contact with the output unit.
- the ramp sleeve can be arranged on an output shaft in a rotationally fixed but axially displaceable manner, in particular, for example, via a spline. If the ramp sleeve is indirectly coupled to the output unit, the ramp sleeve is coupled to the output unit in a rotationally fixed manner, for example, via the coupling unit, but is coupled in an axially displaceable manner.
- the clutch unit is also set up to couple the driven unit of the actuator to a housing of the actuator in a torque-proof manner when the clutch unit is in a closed state.
- a torque acting on the output unit is supported on the housing of the actuator via the closed clutch unit. This prevents rotation, in particular of an output shaft, of the output unit when the clutch unit is engaged, and thus when the reverse brake is engaged.
- the reverse brake actuator can be operated as follows: In a non-driven state of the actuator, i.e., in a state where the drive unit does not generate torque, the clutch unit is held in the closed state by the spring force of the spring unit.
- the output unit in particular an output shaft of the output unit, is coupled to the housing of the actuator in a torque-proof manner, in particular via a form fit or a friction fit.
- the ramp pinion In a driven state of the actuator, i.e. in a state in which the drive unit generates a torque, the ramp pinion is rotated relative to the ramp sleeve by the torque generated by the drive unit, with the ramp-like guide surfaces sliding on one another.
- An axial force resulting from this increases with increasing axial displacement of the ramp sleeve and counteracts the spring force of the spring unit. This releases the clutch unit and thus the reverse brake.
- the axial displacement of the ramp sleeve is limited by the end stop, thus preventing further relative rotation between the ramp pinion and the ramp sleeve.
- the full torque of the drive unit in particular with a synchronous speed, is now transmitted to the output unit, and a desired setting position of the actuator is thus approached.
- the torque is generated in of the drive unit ended.
- the spring force of the spring unit no longer counteracts any force and the spring force brings the clutch unit, and thus the reverse brake, back into the closed state.
- the ramp sleeve and ramp pinion rotate again relative to each other until they are back in their starting position or neutral position.
- the spring force should be selected in such a way that it is sufficiently large in the axial direction to ensure that the actuating unit, ie the ramp pinion and the ramp sleeve, is reset into the neutral position.
- the actuator can be set up to be used in a vehicle, more particularly in a chassis of a vehicle.
- Fig. 1 is a schematic sectional view of a reverse brake according to a
- FIG. 4A and 4B schematic representations of a ramp pinion according to a
- FIG. 5A to 5C schematic perspective representations of an actuating unit according to an embodiment of the invention in a neutral position (FIG. 5A), in an intermediate position (FIG. 5B) and in an end position (FIG. 5C),
- FIG. 6 is a schematic, perspective sectional view of a
- FIG. 7A and 7B schematic representations of a disk carrier of a clutch unit according to an embodiment of the invention in a perspective view
- Fig. 8 is a schematic representation of a disk carrier with disks of a
- Fig. 9 is a schematic representation of an actuator according to a
- FIG. 10A and 10B are schematic representations of a driven-side sub-assembly of an actuator according to an embodiment of the invention in a perspective view (FIG. 10A) and in an exploded view (FIG. 10B),
- FIG. 11A and 11B are schematic representations of a drive-side subassembly of an actuator according to an embodiment of the invention in a perspective view (FIG. 11A) and in an exploded view (FIG. 11B);
- FIG. 12A to 12C are schematic sectional views of an actuator with reverse brake according to an embodiment of the invention, wherein the reverse brake is in a closed state (FIG. 12A), in an intermediate state (FIG. 12B), and in an opened state (12C),
- FIG. 13 is a schematic sectional view of an actuator with a floating reverse brake according to an embodiment of the invention.
- FIG. 14 shows a schematic sectional view of an actuator with an independently mounted reverse brake according to an embodiment of the invention.
- the figures are only of a schematic nature and serve only to understand the invention.
- the same elements are provided with the same reference numbers.
- the reverse brake 1 shows, schematically and by way of example, a reverse brake 1 according to an embodiment of the invention in a sectional view.
- the reverse brake 1 has a clutch unit 2 , a spring unit 3 and an actuation unit 4 .
- the clutch unit 2 is designed here, for example, as a multi-plate clutch 5, which has a disk set 6 with three inner plate disks 7 and three outer plate disks 8, which are arranged alternating in the axial direction A.
- the three inner disks 7 are arranged in a disk carrier 9 in a rotationally fixed but axially displaceable manner (see also FIG. 8), and the three outer disks 8 are arranged in a disk cage 10 in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
- the lamellar cage 10 is arranged in a housing 11 of the reverse brake 1 in a rotationally and axially fixed manner.
- the disk carrier 9 (see also Figs. 7A and 7B) is set up to be coupled to an output shaft 12 (see e.g. Fig. 10B) of an output unit 13 (see also Figs. 12A-C) in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
- the multi-plate clutch 5 has a pressure pot 14 and an axially fixed counter-pressure plate 15, the pressure pot 14 being arranged in the axial direction A on an output side 16 of the disk set 6 and the axial counter-pressure plate 15 being arranged in the axial direction A on an output side 17 of the disk set 6.
- the pressure pot 14 is pressed by the spring unit 3, which is designed here as a plate spring 18, in the direction of the disk set 6 in such a way that the clutch unit 2 is in a load-free state, i.e. in a state in which no external forces are acting on the clutch unit 2 work, is closed. Therefore, the clutch unit 2 can also be referred to as a “normally closed” clutch unit.
- the actuating unit 4 has a ramp pinion 19 (see also FIGS. 3A and 3B) and a ramp sleeve 20 (see also FIGS. 2A and 2B).
- the ramp sleeve 20 is here, for example, non-rotatably via a spline 21, but is axially displaceably connected to the disk carrier 9.
- the ramp sleeve 20 has actuation fingers 22 which are arranged substantially evenly distributed over its circumference, which extend through corresponding openings 23 in the disk carrier 9 and are in contact with the pressure pot 14 .
- the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 interact in such a way that rotation of the ramp pinion 19 causes an axial displacement of the ramp sleeve 20 against the spring force of the plate spring 18, ie towards the output side 16, causes what is described in more detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
- the ramp pinion 19 is described in more detail below with reference to FIGS. 2A and 2B.
- the ramp pinion 19 has a spline 24 on an inner diameter, via which it can be coupled in a rotationally and axially fixed manner to a drive shaft 25 of a drive unit 26 (see also FIGS. 11A and 11B).
- the ramp pinion 19 On an outer diameter, the ramp pinion 19 has a first ramp geometry 27 with a ramp-like guide surface 28 which is arranged circumferentially and extends in the axial direction A like a pinnacle.
- the “pinnacles” of the first ramp geometry 27 are so-called end stop fingers 29.
- the ramp pinion 19 has, for example, a plurality of recesses 30, which are arranged essentially equally distributed along the outer circumference of the ramp pinion 19 and are set up for this purpose, e.g. in contact with so-called sensor wheels to be, and thus serve to detect the angle of rotation of the ramp pinion 19 .
- the first ramp geometry 27 of the ramp pinion 19 is configured or set up to interact with a second ramp geometry 31 that is configured on the ramp sleeve 20 (see FIGS. 3A and 3B).
- the ramp sleeve 20 has the splines 21 on its outer diameter, via which it is coupled to the disk carrier 9 of the disk clutch 5 at least in a torque-proof manner.
- the ramp sleeve 20 is coupled directly to the output shaft 12 of the output unit 13 in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
- the actuating fingers 22 extend axially from an inner diameter.
- the ramp socket 20 has the second ramp geometry 31 which is designed to be essentially complementary to the first ramp geometry 27 .
- the second ramp geometry 31 also has ramp-like guide surfaces 32 which interact with the ramp-like guide surfaces 28 of the first ramp geometry 27, as described below with reference to FIGS. 5A to 5C.
- FIGS. 4A and 4B show another exemplary embodiment of the ramp pinion 19, in which the first ramp geometry 27 has four ramp designs 33, each with two ramp-like guide surfaces 28.
- the associated ramp sleeve 20 (not shown) is correspondingly designed to complement the ramp pinion 19 with four ramp designs. It can be seen that the exemplary ramp pinion 19 shown in Figures 4A and 4B compares favorably to that shown in Figures 2A and 2B exemplary ramp pinion 19, in particular due to the non-existent
- End stop finger in the axial direction A has a reduced space.
- first ramp geometry 27 of the ramp pinion 19 and the second ramp geometry 31 of the ramp sleeve 20 is explained in more detail below with reference to FIGS. 5A to 5C.
- 5A shows the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 in an assembled state in a neutral position. It can be seen that the end stop fingers 29 of the first ramp geometry 27 engage in corresponding recesses 34 or depressions 34 of the second ramp geometry 31, the end stop fingers 29 being arranged essentially centrally in the depression 34 in the neutral position.
- the ramp-like guide surfaces 28, 32 are designed in the form of a screw thread, which means that they have a pitch which is specified by an axial travel per revolution. Thus, the guide surfaces 28, 32 have a pitch angle that changes from an inner diameter to an outer diameter, ie, a pitch angle that changes from radially inside to radially outside.
- the ramp pinion 19 and ramp sleeve 20 are in an end position in which the end stop fingers 29 of the second ramp geometry 27, in the direction of rotation, come into abutting contact with end stop fingers 46 of the second ramp geometry 21, and so further relative rotation between the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20, and thus the displacement of the ramp sleeve 20 in the axial direction A is limited.
- FIG. 6 shows a schematic perspective sectional view of the actuation unit 4, ie the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 in an assembled state.
- at least one ramp-like guide surface 28 and the associated complementary ramp-like guide surface 32, in particular all ramp-like guide surfaces 28, 32 have a crowning along the ramp contour.
- the ramp-like guide surfaces 28, 32 are at least slightly convex, with the convex shape or crowning (see arrows P3, P4) having a diameter at its highest point that ensures that the ramp-like guide surfaces 28, 32 are independent of possible tolerances, such as Manufacturing tolerances, etc., are in contact with each other, and so a proper function of the actuating unit 4 is guaranteed.
- FIGS. 9 to 14 show exemplary embodiments of an actuator 35 according to the invention.
- the actuator 35 is designed as an electromechanical actuator, such as is used in vehicles, for example.
- the actuator 35 is separable into a driven side sub-assembly 36 (see Figs. 10A and 10B) and a driving side sub-assembly 37 (see Figs. 11A and 11B) with respect to assembly of the actuator 35.
- the output-side subassembly 36 has a first housing part 38, the output shaft 12, the spring unit 3 designed as a plate spring 18, the clutch unit 4 designed as a multi-plate clutch 5 and the ramp sleeve 20.
- the lamellar basket 10 is here formed integrally in one piece in the first housing part 38 .
- the output shaft 12 is here, for example, as a worm shaft 39 which is mounted in the first housing part 38 via roller bearings 40, 41 (see also FIGS. 12A to 12C).
- the drive-side sub-assembly 37 as shown in FIGS. 11A and 11B by way of example, comprises a second housing part 42, the drive unit 26 with the drive shaft 25 and a position-sensing unit 43. As shown in FIG.
- the input-side sub-assembly 37 is connectable to the output-side sub-assembly 36 via bolts 44 .
- the drive unit 26 can be designed, for example, as an electric motor 45 (see also FIGS. 13 and 14).
- FIGS. 12A to 12C A positioning process of the actuator 35 will be described in more detail below with reference to FIGS. 12A to 12C.
- the electric motor 45 is not energized.
- the plate spring 18 thus presses the disk pack 6 together via the pressure pot 14 .
- the electric motor 45 If the electric motor 45 is energized, it builds up a torque that is transmitted to the ramp pinion 19 via the drive shaft 25 (see FIG. 12B). This means that the ramp pinion 19 rotates relative to the ramp sleeve 20, with the respective ramp-like guide surfaces sliding on one another. The resulting axial force, which counteracts the axial displacement of the ramp sleeve 20 against the axial spring force causes the plate spring 18 increases increasingly. As a result, the contact pressure force acting on the disk set 6 is increasingly reduced and causes a decreasing braking torque and thus a release of the reverse brake 1.
- the pressure pot 14 is lifted from the disk set 6 by the axial displacement of the ramp sleeve 20, with the ramp pinion 19 and the Ramp sleeve 20 reach its end position in which further relative rotation between the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 is prevented by the end stop fingers 29, 46 (see Fig. 12C).
- the engagement of the first ramp geometry 27 and the second ramp geometry 31 serves to transmit the full torque of the electric motor 45 to the worm shaft 39 at synchronous speed and thus to achieve the desired setting position of the actuator.
- the energization of the electric motor 45 is deactivated, and thus no more torque is transmitted to the ramp pinion 19 .
- the spring force of the disk spring 18 thus only counteracts a comparatively axial force, which essentially results from the friction between the first ramp geometry 27 and the second ramp geometry 31 .
- the plate spring 18 now presses the disk pack 6 together again via the pressure pot 14 and thus closes the return brake 1.
- the actuating unit 4 is then moved back into the neutral position (see FIG. 12A).
- the spring force of the spring unit 3 (plate spring 18) is sufficiently large to turn the electric motor 45 back against an engine drag torque via the slope of the ramp geometries 27, 31 until the neutral position of the actuating unit 4 is reached and the full braking torque is thus achieved.
- the electric motor 45 is turned back, the restoring torque is generated, so to speak, from the “slope downhill force” resulting from the gradient and/or the shape of the ramp.
- a small ramp gradient, ie a flat gradient angle, in combination with high friction values of the ramp-like guide surfaces 28, 32 is counterproductive for this. Therefore, material pairings with low coefficients of friction, such as a steel-plastic pairing, are to be used for the actuating unit 4 in particular.
- the slope must be chosen in such a way that a safe release of reverse brake 1 is guaranteed. It is then necessary for the closing of the reverse brake 1 to energize the electric motor 45 at least for a short time in such a way that it actively turns the actuating unit 4 back into the neutral position. In particular, this requires the angular position of the ramp socket 20 to be detected or the position of the neutral position to be known in a corresponding control unit. For this purpose, for example, the current intensity over time can be recorded during the energization for the execution of the actuating movement. In addition or as an alternative, position-determining elements can be provided, e.g.
- disk carrier 9 or on ramp sleeve 20 which are suitable for determining the angular position on the output side.
- this can be in the form of a pattern or a large number of material openings or bores on the disk carrier 9, which are then detected by the position detection unit 43, such as a sensor, arranged in particular on the drive side.
- the use of the multi-plate clutch 5 as the clutch unit 2 is particularly advantageous since the multi-plate clutch 5 is particularly quiet. In addition, an adjustment of the braking or holding torque through the use of more or fewer friction surfaces, ie disks 7, 8 is possible. Furthermore, the multi-plate clutch 5 enables a compact design of the reverse brake 1. In addition, the frictional functional principle of the multi-plate clutch 5 offers the advantage of a “soft” closing process of the reverse brake 1, due to a particularly steadily increasing braking torque. In addition, the multi-plate clutch 5 can act as a slipping clutch in the event of excess torque, such as torque peaks at the electric motor 45, and thus protect the other components of the actuator 35 from being overloaded by such excess torque.
- 13 and 14 show the actuator 35 in which the reverse brake 1 has been retrofitted as a so-called “add-on”.
- the reverse brake designed as an "add-on” forms an independent assembly with its own housing 11, which can also be integrated into the actuator 35 at a later date.
- 13 and 14 differed only in the 13 shows a floating reverse brake 1 and FIG. 14 shows a fully supported reverse brake 1.
- the reverse brake 1 is mounted indirectly via the output shaft 12 and the drive shaft 25 through the bearings of the output shaft 12 and the drive shaft 25.
- the reverse brake 1 has its own bearing 47, via which it is mounted in the housing 11.
Landscapes
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- Braking Arrangements (AREA)
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Abstract
The invention relates to a recoil brake (1) for an actuator (35), said recoil brake comprising: a coupling unit (2) which is designed, when closed, to couple an output unit (13) of the actuator (35) to a housing (38, 42) of the actuator (35) in a torque-resistant manner; a spring unit (3) which is designed to close the coupling unit (2) when the actuator (35) is in a drive-free state; and an actuating unit (4) which is designed to open the coupling unit (2) when the actuator (35) is in a driven state, the actuating unit (4) comprising a ramp pinion (19), that has a first ramp geometry (27), and a ramp sleeve (27), that has a second ramp geometry (31), the ramp pinion (19) being designed to be coupled to a drive unit (26) of the actuator (35) in a torque-transmitting manner and the ramp sleeve (20) being designed to be coupled to the output unit (13) of the actuator (35) in a rotationally fixed but axially displaceable manner, the first ramp geometry (27) and the second ramp geometry (31) each having ramp-like guide surfaces (28, 32) which cooperate directly or indirectly in such a way that a rotation of the ramp pinion (19) causes an axial displacement of the ramp sleeve (20) counter to a spring force of the spring unit (3). The invention also relates to an actuator (35) comprising a recoil brake (1) according to the invention.
Description
Rücklaufbremse für Aktuator und Aktuator mit Rücklaufbremse Return brake for actuator and actuator with return brake
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rücklaufbremse für einen Aktuator, insbesondere einen elektromechanischen Aktuator sowie einen Aktuator mit einer solchen Rücklaufbremse. The present invention relates to a reverse brake for an actuator, in particular an electromechanical actuator and an actuator with such a reverse brake.
Stand der Technik State of the art
Rücklaufbremsen bzw. Rücklaufsperren sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. So können solche Bremsen z.B. bei der Hinterachslenkung eines Fahrzeugs zur Einschaltdauer- Reduktion, in einem Fehlerfall oder bei Schwingungen aktiviert werden, wie bspw. in der DE 10 2019 219 392 A1 beschrieben. Ferner können Rücklaufbremsen in Lenkungsaktuatoren oder Fahrwerksaktuatoren eingesetzt werden, und dort auf die Abtriebsseite des Aktuators wirken. Die DE 10 2017214 284 B4 offenbart bspw. eine elektromagnetisch betätigte Rücklaufbremse, bei der durch einen radial betätigten Stift, ein Reibschluss erzielt wird. Zur Erzeugung einer Bremswirkung kann hierbei ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich sein. Weitere radial wirkende Rücklaufbremsen sind bspw. in der US 10,858,043 B2 und der WO 2020/080832 A1 offenbart. Reverse brakes or backstops are well known in the prior art. For example, such brakes can be activated in the rear axle steering of a vehicle to reduce the duty cycle, in the event of a fault or in the event of vibrations, as described in DE 10 2019 219 392 A1, for example. Furthermore, return brakes can be used in steering actuators or chassis actuators, where they act on the output side of the actuator. DE 10 2017214 284 B4, for example, discloses an electromagnetically actuated reverse brake, in which a frictional connection is achieved by a radially actuated pin. A considerable amount of force can be required to generate a braking effect. Other radially acting return brakes are disclosed, for example, in US Pat. No. 10,858,043 B2 and WO 2020/080832 A1.
Andere Rücklaufbremsen werden elektromagnetisch betätigt, bspw. indem ein Anker in axialer Richtung auf eine Gegenfläche gezogen wird, und so ein der Anzugskraft proportionales Reibmoment erzeugt. Other reverse brakes are actuated electromagnetically, e.g. by pulling an armature in the axial direction onto a counter surface, thus generating a frictional torque proportional to the attraction force.
Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass ein weiterer Bedarf besteht, eine bekannte Rücklaufbremse für einen Aktuator zu verbessern, insbesondere eine rotativ wirkende Rücklaufbremse bereitzustellen, die unabhängig von der Rotationsrichtung betätigt werden kann, sowie kompakt, geräuscharm und kostengünstig ist und eine universelle Verwendung ermöglicht. It has now been found that there is a further need to improve a known recoil brake for an actuator, in particular to provide a rotational recoil brake that can be actuated independently of the direction of rotation, is compact, low-noise and inexpensive, and allows universal use.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Rücklaufbremse für einen Aktuator bereitzustellen, insbesondere eine rotativ wirkende Rücklaufbremse bereitzustellen, die unabhängig von der Rotationsrichtung betätigt werden kann, kompakt, geräuscharm und kostengünstig ist, sowie eine universelle Verwendung ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved reverse brake for an actuator, in particular to provide a rotary reverse brake that can be actuated independently of the direction of rotation, is compact, low-noise and inexpensive, and allows universal use. Disclosure of Invention
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. These and other objects that may be mentioned or recognized by a person skilled in the art upon reading the following description are solved by the subject-matters of the independent claims. Advantageous embodiments and developments can be found in the dependent claims and the following description.
Die erfindungsgemäße Rücklaufbremse für einen Aktuator, insbesondere für einen elektromechanischen Aktuator, weist eine Kupplungseinheit, eine Federeinheit und eine Betätigungseinheit auf. Die Kupplungseinheit ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand eine Abtriebseinheit des Aktuators mit einem Gehäuse des Aktuators drehmomentfest zu koppeln. Die Federeinheit ist dazu eingerichtet, die Kupplungseinheit in einem antriebsfreien Zustand des Aktuators zu schließen, und die Betätigungseinheit ist dazu eingerichtet, die Kupplungseinheit in einem angetriebenen Zustand das Aktuators zu öffnen bzw. zu lösen. Die Betätigungseinheit weist ein Rampenritzel mit einer ersten Rampengeometrie, und eine Rampenmuffe mit einer zweiten Rampengeometrie auf, wobei das Rampenritzel dazu eingerichtet ist, drehmomentübertragend mit einer Antriebseinheit des Aktuators gekoppelt zu sein und die Rampenmuffe dazu eingerichtet ist, drehfest und axial verschiebbar mit der Abtriebsseite des Aktuators gekoppelt zu sein. Die erste Rampengeometrie und die zweite Rampengeometrie weisen jeweils rampenartige Führungsflächen auf, die derart direkt oder indirekt Zusammenwirken, dass ein Drehen des Rampenritzels eine axiale Verschiebung der Rampenmuffe entgegen einer Federkraft der Federeinheit bewirkt. The reverse brake according to the invention for an actuator, in particular for an electromechanical actuator, has a clutch unit, a spring unit and an actuating unit. The clutch unit is set up to couple an output unit of the actuator to a housing of the actuator in a torque-proof manner in a closed state. The spring unit is set up to close the clutch unit when the actuator is in a non-driven state, and the actuating unit is set up to open or release the clutch unit when the actuator is in a driven state. The actuation unit has a ramp pinion with a first ramp geometry and a ramp sleeve with a second ramp geometry, wherein the ramp pinion is designed to be coupled in a torque-transmitting manner to a drive unit of the actuator and the ramp sleeve is designed to be non-rotatably and axially displaceable with the output side of the actuator to be coupled. The first ramp geometry and the second ramp geometry each have ramp-like guide surfaces that interact directly or indirectly in such a way that rotating the ramp pinion causes an axial displacement of the ramp sleeve against a spring force of the spring unit.
Darüber hinaus kann auch die axiale Verschiebung der Rampenmuffe, insbesondere in Richtung der Federkraft der Federeinheit, ein Drehen des Rampenritzels bewirken. Wenn die erste Rampengeometrie und die zweite Rampengeometrie direkt Zusammenwirken, sind die jeweiligen rampenartigen Führungsflächen miteinander in Kontakt, insbesondere in Gleit- und/oder Reibkontakt. Alternativ, wenn die jeweiligen rampenartigen Führungsflächen der ersten Rampengeometrie und der zweiten Rampengeometrie indirekt Zusammenwirken, stehen die jeweiligen rampenartigen Führungsflächen über zumindest ein weiteres Element, das zwischen ihnen angeordnet ist, in Wirkkontakt. Insbesondere kann das Rampenritzel ferner dazu eingerichtet sein, axialfest mit der Antriebseinheit des Aktuators gekoppelt zu sein.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass die Rücklaufbremse allein durch die Antriebsseite des Aktuators geöffnet wird, und dabei unabhängig von einer Antriebsdrehrichtung, also in beiden Drehrichtung des Rampenritzels gelöst werden. Die Betätigung der Rücklaufbremse durch die Antriebsseite des Aktuators ermöglicht es, auf eine separate Ansteuereinheit für die Rücklaufbremse zu verzichten. Dadurch können die Bauteilanzahl sowie der erforderliche Bauraum der Rücklaufbremse reduziert werden, wodurch die Rücklaufbremse besonders kompakt aufgebaut ist. In addition, the axial displacement of the ramp sleeve, in particular in the direction of the spring force of the spring unit, can cause the ramp pinion to rotate. If the first ramp geometry and the second ramp geometry interact directly, the respective ramp-like guide surfaces are in contact with one another, in particular in sliding and/or frictional contact. Alternatively, if the respective ramped guide surfaces of the first ramp geometry and the second ramp geometry cooperate indirectly, the respective ramped guide surfaces are in operative contact via at least one further element arranged between them. In particular, the ramp pinion can also be set up to be coupled in an axially fixed manner to the drive unit of the actuator. The advantage of the solution according to the invention lies in particular in the fact that the reverse brake is opened solely by the drive side of the actuator and is released independently of a drive direction of rotation, ie in both directions of rotation of the ramp pinion. The actuation of the reverse brake by the drive side of the actuator makes it possible to dispense with a separate control unit for the reverse brake. As a result, the number of components and the required installation space of the reverse brake can be reduced, as a result of which the reverse brake has a particularly compact design.
Ferner kann die Rücklaufbremse auch unabhängig von einer sogenannten rücklaufenden Lastdrehrichtung der Abtriebsseite, also in beide Drehrichtungen des Rampenritzels geschlossen werden. Darüber hinaus ist die Rücklaufbremse kostengünstig und/oder vielseitig bzw. universell einsetzbar. Furthermore, the return brake can also be closed independently of a so-called reverse direction of load rotation on the output side, ie in both directions of rotation of the ramp pinion. In addition, the return brake is inexpensive and/or versatile or universally applicable.
Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Betätigungseinheit ein antreibbares bzw. angetriebenes Rampenritzel mit eine abtriebsseitig zugeordnete, im Wesentlichen komplementär ausgebildete Rampenmuffe aufweist. Das Rampenritzel ist insbesondere dazu eingerichtet von einem Antriebsmoment rotativ angetrieben zu werden, wodurch sich das Rampenritzel und die Rampenmuffe relativ zueinander verdrehen, was zu einer Axialverschiebung der Rampenmuffe führt. Diese, insbesondere durch das Antreiben des Rampenritzels verursachte axiale Verschiebung dient dazu, die Kupplungseinheit zu öffnen bzw. zu lösen. Ferner ist die Federeinheit derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass sie eine Federkraft bewirkt, die die Kupplungseinheit schließt. Man kann also sagen, dass die Federkraft der Federeinheit der axialen Verschiebung der Rampenmuffe zum Lösen der Kupplungseinheit entgegenwirkt. In other words, one can say that the actuation unit has a drivable or driven ramp pinion with an essentially complementary ramp sleeve that is assigned to the output side. The ramp pinion is in particular set up to be driven in rotation by a drive torque, as a result of which the ramp pinion and the ramp sleeve rotate relative to one another, which leads to an axial displacement of the ramp sleeve. This axial displacement, which is caused in particular by driving the ramp pinion, serves to open or release the clutch unit. Furthermore, the spring unit is designed and/or arranged in such a way that it causes a spring force that closes the clutch unit. It can therefore be said that the spring force of the spring unit counteracts the axial displacement of the ramp sleeve to release the clutch unit.
Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die rampenartigen Führungsflächen von einem Innendurchmesser zu einem Außendurchmesser derjeweiligen Rampengeometrie. Insbesondere sind die rampenartigen Führungsflächen dabei in einer Umfangsrichtung der Rampengeometrie, weiter insbesondere im Wesentlichen gleichverteilt, angeordnet, wobei die parallel zueinander angeordneten rampenartigen Führungsflächen der ersten und der zweiten Rampengeometrie dazu eingerichtet sind, in axialer Richtung direkt oder indirekt in Wirkkontakt zu sein. Bei einem direkten Wirkkontakt sind die rampenartigen Führungsflächen der ersten Rampengeometrie und die rampenartigen Führungsflächen der zweiten Rampengeometrie direkt miteinander in Kontakt, insbesondere in Gleitkontakt. Bei einem indirekten Wirkkontakt ist zwischen den rampenartigen Führungsflächen der ersten Rampengeometrie und den rampenartigen Führungsflächen der zweiten Rampengeometrie
zumindest ein Wälzkörper angeordnet, wobei die rampenartigen Führungsflächen der ersten Rampengeometrie zumindest teilweise mit dem zumindest einen Wälzkörper in Wälzkontakt sind, und die rampenartigen Führungsflächen der zweiten Rampengeometrieebenfalls zumindest teilweise mit dem zumindest einen Wälzkörper in Wälzkontakt sind. Ferner können das Rampenritzel und/oder die Rampenmuffe jeweils eine Verbindungsgeometrie aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Rampenritzel mit der Antriebsseite bzw. die Rampenmuffe mit der Abtriebsseite zumindest drehmomentübertragend zu koppeln. According to one embodiment, the ramp-like guide surfaces extend from an inner diameter to an outer diameter of the respective ramp geometry. In particular, the ramp-like guide surfaces are arranged in a circumferential direction of the ramp geometry, more particularly distributed substantially equally, the ramp-like guide surfaces of the first and second ramp geometry arranged parallel to one another being set up to be in direct or indirect operative contact in the axial direction. In the case of direct operative contact, the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry are in direct contact with one another, in particular in sliding contact. In the case of an indirect active contact, there is between the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry at least one rolling body is arranged, wherein the ramp-like guide surfaces of the first ramp geometry are at least partially in rolling contact with the at least one rolling body, and the ramp-like guide surfaces of the second ramp geometry are also at least partially in rolling contact with the at least one rolling body. Furthermore, the ramp pinion and/or the ramp sleeve can each have a connection geometry that is set up to couple the ramp pinion to the drive side or the ramp sleeve to the output side, at least in a torque-transmitting manner.
Gemäß einer Ausführungsform sind die rampenartigen Führungsflächen im Wesentlichen schraubgewindeförmig ausgebildet. Dadurch besitzen die rampenartigen Führungsflächen eine Steigung, die in einem Axialweg pro Umdrehung, z.B. in mm/U, angegeben werden kann. Somit wird ein Rampenwinkel mit zunehmendem Reibdurchmesser, also vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser hin, flacher. Mit anderen Worten kann man sagen, dass die Steigung, und der daraus resultierende Rampenwinkel, der im Wesentlichen schraubgewindeförmig ausgebildeten rampenartigen Führungsflächen am Innendurchmesser größer als am Außendurchmesser ist. Daher wird die Steigung der rampenartigen Führungsflächen insbesondere als ein Mittelwert bestimmt. Diese gemittelte Steigung kann insbesondere anhand eines mittleren Reibdurchmessers ermittelt werden, der wie nachfolgend berechnet wird: According to one embodiment, the ramp-like guide surfaces are essentially in the form of screw threads. As a result, the ramp-like guide surfaces have a gradient that can be specified in an axial travel per revolution, e.g. in mm/rev. A ramp angle thus becomes flatter as the reaming diameter increases, i.e. from the inner diameter to the outer diameter. In other words, one can say that the slope, and the resulting ramp angle, of the ramp-like guide surfaces, which are designed essentially in the form of a screw thread, is greater on the inner diameter than on the outer diameter. Therefore, the gradient of the ramp-like guide surfaces is determined in particular as a mean value. In particular, this average slope can be determined using an average friction diameter, which is calculated as follows:
2 (Außendur chmesser 3 -Innendurchmesser 3 ) mittlerer Reibdurchmesser = - x 2 (outer diameter 3 - inner diameter 3 ) mean reaming diameter = - x
3 (Außendurchmesser2 -Innendurchmesser2) (1) 3 (outer diameter 2 - inner diameter 2 ) (1)
Gemäß einer Ausführungsform weisen die erste Rampengeometrie und/oder die zweite Rampengeometrie zumindest eine ballig ausgebildete rampenartige Führungsfläche auf. Insbesondere ist zumindest eine rampenartige Führungsfläche im Querschnitt betrachtet konvex bzw. ballig ausgeführt. Die Balligkeit besitzt dabei ihren sogenannten Hochpunkt im berechneten mittleren Reibdurchmesser. Somit ermöglicht die Balligkeit, toleranzbedingte Formabweichungen der rampenartigen Führungsflächen, insbesondere im Neuzustand, die zu einer Abweichung vom berechneten mittleren Reibdurchmesser führen, ausgleichen und somit eine ordnungsgemäße Funktion der Betätigungseinheit gewährleisten. According to one embodiment, the first ramp geometry and/or the second ramp geometry have at least one cambered, ramp-like guide surface. In particular, at least one ramp-like guide surface is convex or crowned when viewed in cross section. The crowning has its so-called high point in the calculated mean friction diameter. Thus, the crowning makes it possible to compensate for tolerance-related shape deviations of the ramp-like guide surfaces, especially when new, which lead to a deviation from the calculated average friction diameter, and thus ensure proper functioning of the actuating unit.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Rampenritzel und/oder die Rampenmuffe zumindest einen Endanschlag auf, der dazu eingerichtet ist, ein relatives Verdrehen zwischen dem Rampenritzel und der Rampenmuffe zu begrenzen. Der Endanschlag gewährleistet, dass das Rampenritzel und die Rampenmuffe immer in Wirkkontakt sind und somit die Betätigungseinheit immer funktionsfähig ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Endanschlag als eine rotative Begrenzung des relativen Verdrehens zwischen dem Rampenritzel und der Rampenmuffe, oder als eine axiale Begrenzung der axialen Verschiebung (eines Ausrückweges) der Rampenmuffe ausgebildet. Die rotative Begrenzung kann insbesondere als zumindest ein, insbesondere mehrere, Endanschlagsfinger ausgebildet sein. Der/die Endanschlagsfinger können dabei vorzugsweise integral einstückig mit der jeweiligen Rampengeometrie ausgebildet sein. Die axiale Begrenzung kann insbesondere als ein sich in radialer Richtung erstreckender, insbesondere im Wesentlichen vollständig umlaufender, Anschlag ausgebildet sein, der so positioniert ist, dass er die axiale Verschiebung der Rampenmuffe in der axialen Richtung begrenzt. According to one embodiment, the ramp pinion and/or the ramp sleeve has at least one end stop which is set up to limit relative twisting between the ramp pinion and the ramp sleeve. The end stop ensures that the ramp pinion and the ramp sleeve are always in active contact and the operating unit is therefore always functional. According to a further embodiment, the at least one end stop is designed as a rotary limiter for the relative twisting between the ramp pinion and the ramp sleeve, or as an axial limiter for the axial displacement (of a disengagement path) of the ramp sleeve. The rotary limitation can be designed in particular as at least one, in particular several, end stop fingers. The end stop finger(s) can preferably be formed integrally in one piece with the respective ramp geometry. The axial limitation can in particular be designed as a stop which extends in the radial direction and in particular essentially runs all the way around, which is positioned in such a way that it limits the axial displacement of the ramp sleeve in the axial direction.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Rampenmuffe und die Kupplungseinheit integral einstückig ausgebildet. Dadurch kann der Bauraum der Rücklaufbremse weiter reduziert werden. Zum Beispiel kann ein Außenumfang der zweiten Rampengeometrie der Rampenmuffe konusartig ausgebildet sein, wobei die konusartige Außenfläche dazu eingerichtet ist, mit einer komplementär ausgebildeten Konusfläche, bspw. am Gehäuse, eine reibschlüssige Kupplungseinheit zu bilden. According to one embodiment, the ramp sleeve and the clutch unit are integrally formed in one piece. As a result, the installation space of the reverse brake can be further reduced. For example, an outer circumference of the second ramp geometry of the ramp sleeve can be designed in the manner of a cone, with the cone-like outer surface being set up to form a frictionally engaged clutch unit with a complementarily designed conical surface, for example on the housing.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kupplungseinheit als eine reibschlüssige Kupplungseinheit, z.B. als eine Lamellenkupplung, oder als eine Kegelreibflächenkupplung, oder als eine formschlüssige Kupplung, z.B. als eine Klauenkupplung, ausgeführt. Reibschlüssige Kupplungseinheiten weisen eine geringere Hysterese zwischen dem Lösen und dem Schließen der Rücklaufbremse auf als formschlüssige Kupplungseinheiten. Formschlüssige Kupplungseinheiten sind entweder gelöst (kein Formschluss) oder geschlossen (Formschluss). According to one embodiment, the clutch unit is embodied as a friction-locking clutch unit, e.g. Frictional clutch units have a lower hysteresis between releasing and closing the reverse brake than positive clutch units. Positive-locking coupling units are either released (no positive locking) or closed (positive locking).
Reibschlüssige Kupplungseinheiten weisen einen Übergangsbereich auf, d.h. beim Lösen der Kupplung einen Bereich, in dem die Reibkraft im Wesentlichen stetig abnimmt, und beim Schließen der Kupplung einen Bereich, in dem die Reibkraft im Wesentlichen stetig zunimmt. Dadurch kann die Rücklaufbremse insbesondere robust gegenüber Impacts und/oder möglichen Übermomenten, sogenannte Drehmomentspitzen, sein und kann diese aufnehmen, insbesondere durch ein Rutschen der Kupplungseinheit ausgleichen, und so weitere Komponenten des Aktuators schützen.
Die Lamellenkupplung ist insbesondere für den Einsatz bei hohen Drehmomenten, bspw. für Getriebe mit einem hohen Wirkungsgrad, insbesondere einem Wirkungsgrad von größer 70%, weiter insbesondere von größer 80%, geeignet. Die Kegelreibflächenkupplung ist eine Reibkupplung, bei der zwei komplementär ausgebildete konusartige Flächen reibschlüssig Zusammenwirken. Die Kegelreibflächenkupplung ist günstiger in der Herstellung als die Lamellenkupplung und eignet sich bspw. für Getriebe mit einem Wirkungsgrad von etwa bis zu 70%. Insbesondere ist die Kegelreibflächenkupplung für den Einsatz in Getrieben mit Selbsthemmung, bspw. einem Schneckenradgetriebe, geeignet. Frictionally engaged clutch units have a transition area, ie when the clutch is released, an area in which the frictional force decreases essentially continuously, and when the clutch is engaged, an area in which the frictional force increases essentially continuously. As a result, the return brake can be particularly robust with regard to impacts and/or possible overtorques, so-called torque peaks, and can absorb them, in particular compensate for slipping of the clutch unit, and thus protect other components of the actuator. The multi-plate clutch is particularly suitable for use at high torques, for example for transmissions with a high level of efficiency, in particular an efficiency of more than 70%, more particularly of more than 80%. The conical friction surface clutch is a friction clutch in which two complementary cone-like surfaces interact in a friction-locked manner. The conical friction surface clutch is cheaper to manufacture than the multi-plate clutch and is suitable, for example, for transmissions with an efficiency of around 70%. In particular, the conical friction surface clutch is suitable for use in gears with self-locking, e.g. a worm gear.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Betätigungseinheit ferner Wälzkörper auf, die zwischen der ersten Rampengeometrie und der zweiten Rampengeometrie angeordnet sind. Dadurch kann eine Gleitreibung, die beim direkten Kontakt zwischen den rampenartigen Führungsflächen der jeweiligen Rampengeometrien vorliegt, zu einer Rollreibung reduziert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Rücklaufbremse verbessert werden. Insbesondere können die Wälzkörper in einem sogenannten Wälzkäfig angeordnet sein. According to one embodiment, the actuation unit also has rolling bodies, which are arranged between the first ramp geometry and the second ramp geometry. As a result, sliding friction, which occurs when there is direct contact between the ramp-like guide surfaces of the respective ramp geometries, can be reduced to rolling friction. As a result, the efficiency of the reverse brake can be improved. In particular, the rolling bodies can be arranged in a so-called rolling cage.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Federeinheit als eine Tellerfeder ausgebildet, die so angeordnet ist, dass die Federkraft in die Schließrichtung der Kupplungseinheit wirkt. Die Tellerfeder weist insbesondere in axiale Richtung eine geringe Breite auf, wodurch die Rücklaufbremse insbesondere in axialer Richtung kompakt ausführbar ist. Insbesondere weist die Federeinheit eine Federkraft auf, die dazu eingerichtet ist, die Betätigungseinheit in einem antriebslosen Zustand des Aktuators in ihre Ausgangslage, eine sogenannte Neutrallage, zurückzubringen. Dazu ist die Federkraft vorzugsweise so gewählt, dass sie die Betätigungseinheit über die Rampensteigung gegen ein antriebsseitig wirkendes Schleppmoment in die Ausgangslage, also die Neutrallage bewegen kann. According to one embodiment, the spring unit is designed as a cup spring that is arranged in such a way that the spring force acts in the closing direction of the clutch unit. The plate spring has a small width, particularly in the axial direction, as a result of which the recoil brake can be made compact, particularly in the axial direction. In particular, the spring unit has a spring force which is set up to return the actuating unit to its initial position, a so-called neutral position, when the actuator is in a non-driven state. For this purpose, the spring force is preferably selected in such a way that it can move the actuating unit into the starting position, ie the neutral position, via the ramp gradient against a drag torque acting on the drive side.
Alternativ ist es denkbar, die Rückstellung der Betätigungseinheit in die Neutrallage, und somit das Schließen der Kupplung, antriebsseitig zu unterstützen, indem ein entsprechendes Rückstellmoment auf das Rampenritzel aufgebracht wird, das in Kombination mit der Federkraft der Federeinheit die Betätigungseinheit in die Neutrallage zurückbringt. Dadurch kann ein Schließen der Rücklaufbremse auch bei geringen Steigungen der rampenartigen Führungsflächen gewährleistet werden. Alternatively, it is conceivable to support the return of the actuating unit to the neutral position, and thus the closing of the clutch, on the drive side by applying a corresponding restoring torque to the ramp pinion, which, in combination with the spring force of the spring unit, brings the actuating unit back to the neutral position. As a result, a closing of the reverse brake can be ensured even with small inclines of the ramp-like guide surfaces.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Rampenritzel aus einem Metall oder einer Metalllegierung, und die Rampenmuffe aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffgemisch ausgebildet. Die Stahl-Kunststoffkombination ermöglicht es, die Reibung in dem direkten
Wirkkontakt der rampenartigen Führungsflächen zu reduzieren. Ferner sind, insbesondere bei trocken, d.h., nicht gefettet, ausgeführten Betätigungseinheiten auch andere Materialpaarungen bzw. -kombinationen für das Rampenritzel und die Rampenmuffe denkbar, wie bspw. eine Bronze-Stahl-Paarung, oder eine Stahl-Stahl-Paarung, wobei zumindest die rampenartigen Führungsflächen von dem Rampenritzel oder von der Rampenmuffe eine Beschichtung aufweisen. Ist die Betätigungseinheit gefettet ausgeführt, kann bei der Stahl-Stahl-Paarung auf die Beschichtung verzichtet werden. According to one embodiment, the ramp pinion is made of a metal or a metal alloy, and the ramp sleeve is made of a plastic or a plastic mixture. The combination of steel and plastic makes it possible to reduce friction in the direct To reduce active contact of the ramp-like guide surfaces. Furthermore, other material pairings or combinations for the ramp pinion and the ramp sleeve are also conceivable, especially in the case of dry, ie not greased, running operating units, such as a bronze-steel pairing, or a steel-steel pairing, with at least the ramp-like guide surfaces of the ramp pinion or ramp sleeve have a coating. If the actuation unit is greased, there is no need to coat the steel-steel combination.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Rücklaufbremse Lagebestimmungsmittel auf, die dazu eingerichtet sind, die abtriebsseitige Winkellage zu bestimmen. Zum Beispiel können die Kupplungseinheit und/oder die Rampenmuffe mehrere Materialdurchstellungen oder Bohrungen aufweisen, die von einem antriebsseitigen Sensor erfasst werden. Alternativ kann auch ein magnetischer Code auf die Kupplungseinheit und/oder die Rampenmuffe aufgebracht sein. According to one embodiment, the reverse brake has position determination means that are set up to determine the angular position on the output side. For example, the clutch assembly and/or the ramp sleeve may have multiple material passages or bores that are sensed by a drive-side sensor. Alternatively, a magnetic code can also be applied to the coupling unit and/or the ramp sleeve.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Rücklaufbremse ferner eine Toleranzscheibe auf, die dazu eingerichtet ist, auftretende axiale Toleranzschwankungen, insbesondere Fertigungstoleranzen, auszugleichen. So kann die Toleranzscheibe z.B. zwischen dem Rampenritzel und der Antriebseinheit angeordnet sein. Durch ein exaktes Positionieren des Rampenritzels ist es möglich, einen Kennlinienbereich der Federeinheit zu nutzen, in dem die Federkraft, insbesondere die axiale Federkraft, über einen Ausrückweg der Federeinheit und/oder die Lebensdauer der Rücklaufbremse im Wesentlichen konstant, also im Wesentlichen unverändert, ist. According to one embodiment, the reverse brake also has a tolerance disc which is set up to compensate for axial tolerance fluctuations that occur, in particular manufacturing tolerances. For example, the tolerance disc can be arranged between the ramp pinion and the drive unit. Exact positioning of the ramp pinion makes it possible to use a characteristic curve range of the spring unit in which the spring force, in particular the axial spring force, is essentially constant, i.e. essentially unchanged, over a release path of the spring unit and/or the service life of the reverse brake.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen elektromechanischen Aktuator. Der Aktuator weist eine Antriebseinheit, eine Abtriebseinheit und eine erfindungsgemäße Rücklaufbremse auf. Die Antriebseinheit, bspw. ein Elektromotor, ist dazu eingerichtet, ein Antriebsmoment zu erzeugen. Die Abtriebseinheit, bspw. eine Getriebeeinheit, ist dazu eingerichtet, das Antriebsmoment der Antriebseinheit weiterzugeben. Bspw. kann die als eine Getriebeeinheit ausgeführte Abtriebseinheit das Antriebsmoment der Antriebseinheit in ein Stellmoment des Aktuators übersetzen. Die Rücklaufbremse ist zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit angeordnet, wobei die Kupplungseinheit drehfest mit der Abtriebseinheit gekoppelt ist. Ferner ist das Rampenritzel mit der Antriebseinheit drehfest gekoppelt und die Rampenmuffe ist direkt oder indirekt mit der Abtriebseinheit drehfest, und axial verschieblich gekoppelt.
Wenn die Rampenmuffe direkt mit der Abtriebseinheit gekoppelt ist, ist die Rampenmuffe zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der Abtriebseinheit. Z.B. kann die Rampenmuffe auf einer Abtriebswelle drehfest, aber axial verschiebbar, insbesondere bspw. über eine Steckverzahnung angeordnet sein. Wenn die Rampenmuffe indirekt mit der Abtriebseinheit gekoppelt ist, ist die Rampenmuffe bspw. über die Kupplungseinheit drehfest, aber axial verschiebbar mit der Abtriebseinheit gekoppelt. A further aspect of the invention relates to an actuator, in particular an electromechanical actuator. The actuator has a drive unit, an output unit and a reverse brake according to the invention. The drive unit, for example an electric motor, is set up to generate a drive torque. The output unit, for example a gear unit, is set up to pass on the drive torque of the drive unit. For example, the output unit, designed as a gear unit, can convert the drive torque of the drive unit into an actuating torque of the actuator. The reverse brake is arranged between the drive unit and the output unit, the clutch unit being coupled to the output unit in a torque-proof manner. Furthermore, the ramp pinion is coupled to the drive unit in a rotationally fixed manner, and the ramp sleeve is coupled directly or indirectly to the output unit in a rotationally fixed and axially displaceable manner. When the ramp sleeve is coupled directly to the output unit, the ramp sleeve is at least partially in direct contact with the output unit. For example, the ramp sleeve can be arranged on an output shaft in a rotationally fixed but axially displaceable manner, in particular, for example, via a spline. If the ramp sleeve is indirectly coupled to the output unit, the ramp sleeve is coupled to the output unit in a rotationally fixed manner, for example, via the coupling unit, but is coupled in an axially displaceable manner.
Die Kupplungseinheit ist ferner dazu eingerichtet die Abtrieseinheit des Aktuators in einem geschlossenen Zustand der Kupplungseinheit drehmomentfest mit einem Gehäuse des Aktuators zu koppeln. Man kann also auch sagen, dass ein auf die Abtriebseinheit wirkendes Drehmoment über die geschlossene Kupplungseinheit an dem Gehäuse des Aktuators abgestützt wird. Somit wird ein Drehen, insbesondere einer Abtriebswelle, der Abtriebseinheit bei geschlossener Kupplungseinheit, und somit bei geschlossener Rücklaufbremse, unterbunden. The clutch unit is also set up to couple the driven unit of the actuator to a housing of the actuator in a torque-proof manner when the clutch unit is in a closed state. One can also say that a torque acting on the output unit is supported on the housing of the actuator via the closed clutch unit. This prevents rotation, in particular of an output shaft, of the output unit when the clutch unit is engaged, and thus when the reverse brake is engaged.
Der Aktuator mit Rücklaufbremse kann bspw. wie folgt betrieben werden: In einem antriebslosen Zustand des Aktuators, d.h., in einem Zustand, in dem die Antriebseinheit kein Drehmoment erzeugt, wird die Kupplungseinheit durch die Federkraft der Federeinheit in dem geschlossenen Zustand gehalten. Das bedeutet, dass die Abtriebseinheit, insbesondere eine Abtriebswelle der Abtriebseinheit drehmomentfest, insbesondere über einen Formschluss oder einen Reibschluss, mit dem Gehäuse des Aktuators gekoppelt ist. For example, the reverse brake actuator can be operated as follows: In a non-driven state of the actuator, i.e., in a state where the drive unit does not generate torque, the clutch unit is held in the closed state by the spring force of the spring unit. This means that the output unit, in particular an output shaft of the output unit, is coupled to the housing of the actuator in a torque-proof manner, in particular via a form fit or a friction fit.
In einem angetriebenen Zustand des Aktuators, d.h., in einem Zustand, in dem die Antriebseinheit ein Drehmoment erzeugt, wird das Rampenritzel durch das von der Antriebseinheit erzeugte Drehmoment gegenüber der Rampenmuffe relativ verdreht, wobei die rampenartigen Führungsflächen aneinander gleiten. Eine daraus resultierende Axialkraft erhöht sich mit zunehmender axialer Verschiebung der Rampenmuffe und wirkt der Federkraft der Federeinheit entgegen. Damit wird die Kupplungseinheit, und somit die Rücklaufbremse, gelöst. Die axiale Verschiebung der Rampenmuffe wird durch den Endanschlag begrenzt, und so ein weiteres relatives Verdrehen zwischen dem Rampenritzel und der Rampenmuffe unterbunden. In a driven state of the actuator, i.e. in a state in which the drive unit generates a torque, the ramp pinion is rotated relative to the ramp sleeve by the torque generated by the drive unit, with the ramp-like guide surfaces sliding on one another. An axial force resulting from this increases with increasing axial displacement of the ramp sleeve and counteracts the spring force of the spring unit. This releases the clutch unit and thus the reverse brake. The axial displacement of the ramp sleeve is limited by the end stop, thus preventing further relative rotation between the ramp pinion and the ramp sleeve.
Mit gelöster Kupplungseinheit bzw. mit gelöster Rücklaufbremse wird nun das volle Drehmoment der Antriebseinheit, insbesondere mit synchroner Drehzahl, auf die Abtriebseinheit übertragen, und so eine gewünschte Stellposition des Aktuators angefahren. Nachdem der Aktuator die Stellposition erreicht hat, wird die Erzeugung des Drehmoments in
der Antriebseinheit beendet. Dadurch wirkt der Federkraft der Federeinheit keine Kraft mehr entgegen und die Federkraft bringt die Kupplungseinheit, und somit die Rücklaufbremse, wieder in den geschlossenen Zustand. Dabei verdrehen sich Rampenmuffe und Rampenritzel wieder relativ zueinander bis sie sich wieder in ihrer Ausgangslage, bzw. Neutrallage, befinden. Insbesondere ist die Federkraft also derart zu wählen, dass diese in axialer Richtung ausreichend groß ist, um die Rückstellung der Betätigungseinheit, also das Rückstellen des Rampenritzels und der Rampenmuffe, in die Neutrallage sicherzustellen. With the clutch unit released or with the reverse brake released, the full torque of the drive unit, in particular with a synchronous speed, is now transmitted to the output unit, and a desired setting position of the actuator is thus approached. After the actuator has reached the set position, the torque is generated in of the drive unit ended. As a result, the spring force of the spring unit no longer counteracts any force and the spring force brings the clutch unit, and thus the reverse brake, back into the closed state. In the process, the ramp sleeve and ramp pinion rotate again relative to each other until they are back in their starting position or neutral position. In particular, the spring force should be selected in such a way that it is sufficiently large in the axial direction to ensure that the actuating unit, ie the ramp pinion and the ramp sleeve, is reset into the neutral position.
Insbesondere kann der Aktuator dazu eingerichtet sein, in einem Fahrzeug, weiter insbesondere in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs eingesetzt zu werden. In particular, the actuator can be set up to be used in a vehicle, more particularly in a chassis of a vehicle.
Detailbeschreibung anhand Zeichnung Detailed description based on drawing
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. It shows:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Rücklaufbremse gemäß einerFig. 1 is a schematic sectional view of a reverse brake according to a
Ausführungsform der Erfindung, embodiment of the invention,
Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen eines Rampenritzels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, 2A and 2B schematic representations of a ramp pinion according to an embodiment of the invention in a perspective view,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen einer Rampenmuffe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, 3A and 3B schematic representations of a ramp sleeve according to an embodiment of the invention in a perspective view,
Fig. 4A und 4B schematische Darstellungen eines Rampenritzels gemäß einerFig. 4A and 4B schematic representations of a ramp pinion according to a
Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht Embodiment of the invention in perspective view
Fig. 5A bis 5C schematische, perspektivische Darstellungen einer Betätigungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Neutrallage (Fig. 5A), in einer Zwischenlage (Fig. 5B) und in einer Endlage (Fig. 5C),
Fig. 6 eine schematische, perspektivische Schnittdarstellung einer5A to 5C schematic perspective representations of an actuating unit according to an embodiment of the invention in a neutral position (FIG. 5A), in an intermediate position (FIG. 5B) and in an end position (FIG. 5C), Fig. 6 is a schematic, perspective sectional view of a
Betätigungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, operating unit according to an embodiment of the invention,
Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen eines Lamellenträgers einer Kupplungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, 7A and 7B schematic representations of a disk carrier of a clutch unit according to an embodiment of the invention in a perspective view,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Lamellenträgers mit Lamellen einerFig. 8 is a schematic representation of a disk carrier with disks of a
Kupplungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, Coupling unit according to an embodiment of the invention in a perspective view,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Aktuators gemäß einerFig. 9 is a schematic representation of an actuator according to a
Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht, Embodiment of the invention in a perspective view,
Fig. 10A und 10B schematische Darstellungen eines abtriebsseitigen Unterzusammenbaus eines Aktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht (Fig. 10A) und in einer Explosionsansicht (Fig. 10B), 10A and 10B are schematic representations of a driven-side sub-assembly of an actuator according to an embodiment of the invention in a perspective view (FIG. 10A) and in an exploded view (FIG. 10B),
Fig. 11A und 11 B schematische Darstellung eines antriebsseitigen Unterzusammenbaus eines Aktuators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht (Fig. 11A) und in einer Explosionsansicht (Fig. 11B), 11A and 11B are schematic representations of a drive-side subassembly of an actuator according to an embodiment of the invention in a perspective view (FIG. 11A) and in an exploded view (FIG. 11B);
Fig. 12A bis 12C schematische Schnittdarstellungen eines Aktuators mit Rücklaufbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Rücklaufbremse in einem geschlossenen Zustand (Fig. 12A), in einem Zwischenzustand (Fig.12B), und in einem geöffneten Zustand (12C) ist, 12A to 12C are schematic sectional views of an actuator with reverse brake according to an embodiment of the invention, wherein the reverse brake is in a closed state (FIG. 12A), in an intermediate state (FIG. 12B), and in an opened state (12C),
Fig. 13 eine schematische Schnittdarstellung eines Aktuators mit schwimmend gelagerter Rücklaufbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 13 is a schematic sectional view of an actuator with a floating reverse brake according to an embodiment of the invention, and
Fig. 14 eine schematische Schnittdarstellung eines Aktuators mit eigenständig gelagerter Rücklaufbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. 14 shows a schematic sectional view of an actuator with an independently mounted reverse brake according to an embodiment of the invention. The figures are only of a schematic nature and serve only to understand the invention. The same elements are provided with the same reference numbers.
Fig. 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Rücklaufbremse 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung. Die Rücklaufbremse 1 weist eine Kupplungseinheit 2, eine Federeinheit 3 und eine Betätigungseinheit 4 auf. 1 shows, schematically and by way of example, a reverse brake 1 according to an embodiment of the invention in a sectional view. The reverse brake 1 has a clutch unit 2 , a spring unit 3 and an actuation unit 4 .
Die Kupplungseinheit 2 ist hier beispielhaft als eine Lamellenkupplung 5 ausgebildet, die ein Lamellenpaket 6 mit drei inneren Lamellenscheiben 7 und drei äußeren Lamellenscheiben 8 aufweist, die in axialer Richtung A alternierend angeordnet sind. Die drei inneren Lamellenscheiben 7 sind in einem Lamellenträger 9 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet (siehe auch Fig. 8), und die drei äußeren Lamellenscheiben 8 sind in einem Lamellenkorb 10 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet. Der Lamellenkorb 10 ist dreh- und axialfest in einem Gehäuse 11 der Rücklaufbremse 1 angeordnet. Der Lamellenträger 9 (siehe auch Fig. 7A und 7B) ist dazu eingerichtet, mit einer Abtriebswelle 12 (siehe z.B. Fig. 10B) einer Abtriebseinheit 13 (siehe auch Fig. 12A-C) drehfest, aber axial verschiebbar gekoppelt zu sein. The clutch unit 2 is designed here, for example, as a multi-plate clutch 5, which has a disk set 6 with three inner plate disks 7 and three outer plate disks 8, which are arranged alternating in the axial direction A. The three inner disks 7 are arranged in a disk carrier 9 in a rotationally fixed but axially displaceable manner (see also FIG. 8), and the three outer disks 8 are arranged in a disk cage 10 in a rotationally fixed but axially displaceable manner. The lamellar cage 10 is arranged in a housing 11 of the reverse brake 1 in a rotationally and axially fixed manner. The disk carrier 9 (see also Figs. 7A and 7B) is set up to be coupled to an output shaft 12 (see e.g. Fig. 10B) of an output unit 13 (see also Figs. 12A-C) in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
Ferner weist die Lamellenkupplung 5 einen Drucktopf 14 sowie eine axialfeste Gegendruckplatte 15 auf, wobei der Drucktopf 14 in axialer Richtung A auf einer Abtriebsseite 16 des Lamellenpakets 6 und die axiale Gegendruckplatte 15 in axialer Richtung A auf einer Abtriebsseite 17 des Lamellenpakets 6 angeordnet ist. Der Drucktopf 14 wird von der Federeinheit 3, die hier als Tellerfeder 18 ausgebildet ist, in Richtung zum Lamellenpaket 6 hin gedrückt, derart, dass die Kupplungseinheit 2 in einem lastfreien Zustand, d.h. in einem Zustand, in dem keine äußeren Kräfte auf die Kupplungseinheit 2 wirken, geschlossen ist. Daher kann die Kupplungseinheit 2 auch als eine „normally-closed“- Kupplungseinheit bezeichnet werden. Furthermore, the multi-plate clutch 5 has a pressure pot 14 and an axially fixed counter-pressure plate 15, the pressure pot 14 being arranged in the axial direction A on an output side 16 of the disk set 6 and the axial counter-pressure plate 15 being arranged in the axial direction A on an output side 17 of the disk set 6. The pressure pot 14 is pressed by the spring unit 3, which is designed here as a plate spring 18, in the direction of the disk set 6 in such a way that the clutch unit 2 is in a load-free state, i.e. in a state in which no external forces are acting on the clutch unit 2 work, is closed. Therefore, the clutch unit 2 can also be referred to as a “normally closed” clutch unit.
Die Betätigungseinheit 4 weist ein Rampenritzel 19 (siehe auch Fig. 3A und 3B) und eine Rampenmuffe 20 (siehe auch Fig. 2A und 2B) auf. Die Rampenmuffe 20 ist hier beispielhaft über eine Steckverzahnung 21 drehfest, aber axial verschieblich mit dem Lamellenträger 9 verbunden. Darüber hinaus besitzt die Rampenmuffe 20 über ihren Umfang im Wesentlichen gleichverteilt angeordnete Betätigungsfinger 22, die sich durch entsprechende Öffnungen 23 im Lamellenträger 9 erstrecken und mit dem Drucktopf 14 in Kontakt sind. Das Rampenritzel 19 und die Rampenmuffe 20 wirken derart zusammen, dass eine Verdrehung des Rampenritzels 19 eine axiale Verschiebung der Rampenmuffe 20 entgegen der Federkraft
der Tellerfeder 18, d.h. zur Abtriebsseite 16 hin, bewirkt, was mit Bezug auf die Fig. 5A bis 5C noch genauer beschrieben wird. The actuating unit 4 has a ramp pinion 19 (see also FIGS. 3A and 3B) and a ramp sleeve 20 (see also FIGS. 2A and 2B). The ramp sleeve 20 is here, for example, non-rotatably via a spline 21, but is axially displaceably connected to the disk carrier 9. In addition, the ramp sleeve 20 has actuation fingers 22 which are arranged substantially evenly distributed over its circumference, which extend through corresponding openings 23 in the disk carrier 9 and are in contact with the pressure pot 14 . The ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 interact in such a way that rotation of the ramp pinion 19 causes an axial displacement of the ramp sleeve 20 against the spring force of the plate spring 18, ie towards the output side 16, causes what is described in more detail with reference to FIGS. 5A to 5C.
Mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B wird nachfolgend das Rampenritzel 19 näher beschrieben. Das Rampenritzel 19 besitzt an einem Innendurchmesser eine Steckverzahnung 24, über die sie dreh- und axialfest mit einer Antriebswelle 25 einer Antriebseinheit 26 (siehe auch Fig. 11 A und 11 B) koppelbar ist. An einem Außendurchmesser weist das Rampenritzel 19 eine erste Rampengeometrie 27 mit rampenartigen Führungsfläche 28 auf, die umlaufend angeordnet ist und sich in axialer Richtung A zinnenähnlich erstreckt. Die „Zinnen“ der ersten Rampengeometrie 27 sind sogenannte Endanschlagsfinger 29. Ferner weist das Rampenritzel 19 hier beispielhaft mehrere Ausnehmungen 30 auf, die entlang des Außenumfangs des Rampenritzels 19 im Wesentlichen gleichverteilt angeordnet sind, und dazu eingerichtet sind, bspw. mit sogenannten Geberrädchen in Kontakt zu sein, und so einer Drehwinkelerfassung des Rampenritzels 19 dienen. The ramp pinion 19 is described in more detail below with reference to FIGS. 2A and 2B. The ramp pinion 19 has a spline 24 on an inner diameter, via which it can be coupled in a rotationally and axially fixed manner to a drive shaft 25 of a drive unit 26 (see also FIGS. 11A and 11B). On an outer diameter, the ramp pinion 19 has a first ramp geometry 27 with a ramp-like guide surface 28 which is arranged circumferentially and extends in the axial direction A like a pinnacle. The “pinnacles” of the first ramp geometry 27 are so-called end stop fingers 29. Furthermore, the ramp pinion 19 has, for example, a plurality of recesses 30, which are arranged essentially equally distributed along the outer circumference of the ramp pinion 19 and are set up for this purpose, e.g. in contact with so-called sensor wheels to be, and thus serve to detect the angle of rotation of the ramp pinion 19 .
Die erste Rampengeometrie 27 des Rampenritzels 19 ist dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, mit einer zweiten Rampengeometrie 31, die an der Rampenmuffe 20 ausgebildet ist (siehe fig. 3A und 3B), zusammenzuwirken. Wie in Fig. 3A und 3B dargestellt, weist die Rampenmuffe 20 an ihrem Außendurchmesser die Steckverzahnung 21 auf, über die sie mit dem Lamellenträger 9 der Lamellenkupplung 5 zumindest drehfest gekoppelt ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Rampenmuffe 20 direkt mit der Abtriebswelle 12 der Abtriebseinheit 13 drehfest, aber axial verschieblich gekoppelt ist. Die Betätigungsfinger 22 erstrecken sich von einem inneren Durchmesser aus in axialer Richtung. Ferner weist die Rampenmuffe 20 die zweite Rampengeometrie 31 auf, die im Wesentlichen komplementär zur ersten Rampengeometrie 27 ausgebildet ist. Auch die zweite Rampengeometrie 31 besitzt rampenartige Führungsflächen 32, die mit den rampenartigen Führungsflächen 28 der ersten Rampengeometrie 27 Zusammenwirken, wie nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 5A bis 5C beschrieben. The first ramp geometry 27 of the ramp pinion 19 is configured or set up to interact with a second ramp geometry 31 that is configured on the ramp sleeve 20 (see FIGS. 3A and 3B). As shown in FIGS. 3A and 3B, the ramp sleeve 20 has the splines 21 on its outer diameter, via which it is coupled to the disk carrier 9 of the disk clutch 5 at least in a torque-proof manner. Alternatively, it is also conceivable that the ramp sleeve 20 is coupled directly to the output shaft 12 of the output unit 13 in a rotationally fixed but axially displaceable manner. The actuating fingers 22 extend axially from an inner diameter. Furthermore, the ramp socket 20 has the second ramp geometry 31 which is designed to be essentially complementary to the first ramp geometry 27 . The second ramp geometry 31 also has ramp-like guide surfaces 32 which interact with the ramp-like guide surfaces 28 of the first ramp geometry 27, as described below with reference to FIGS. 5A to 5C.
Die Fig. 4A und 4B zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Rampenritzels 19, in der die erste Rampengeometrie 27 vier Rampenausführungen 33 mit je zwei rampenartigen Führungsflächen 28 aufweist. Die dazugehörige Rampenmuffe 20 (nicht dargestellt) ist entsprechend komplementär zum Rampenritzel 19 ebenfalls mit vier Rampenausführungen ausgebildet. Es ist zu erkennen, dass das in Fig. 4A und 4B gezeigte beispielhafte Rampenritzel 19 im Vergleich zu dem in Fig. 2A und 2B gezeigten
beispielhaften Rampenritzel 19, insbesondere aufgrund der nicht vorhandenen4A and 4B show another exemplary embodiment of the ramp pinion 19, in which the first ramp geometry 27 has four ramp designs 33, each with two ramp-like guide surfaces 28. The associated ramp sleeve 20 (not shown) is correspondingly designed to complement the ramp pinion 19 with four ramp designs. It can be seen that the exemplary ramp pinion 19 shown in Figures 4A and 4B compares favorably to that shown in Figures 2A and 2B exemplary ramp pinion 19, in particular due to the non-existent
Endanschlagsfinger, in axialer Richtung A einen reduzierten Bauraum aufweist. End stop finger, in the axial direction A has a reduced space.
Das Zusammenwirken der ersten Rampengeometrie 27 des Rampenritzels 19 und der zweiten Rampengeometrie 31 der Rampenmuffe 20 wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 5A bis 5C näher erläutert. Fig. 5A zeigt das Rampenritzel 19 und die Rampenmuffe 20 in einem zusammengesetzten Zustand in einer Neutrallage. Es ist zu erkennen, dass die Endanschlagsfinger 29 der ersten Rampengeometrie 27 in entsprechende Ausnehmungen 34 bzw. Vertiefungen 34 der zweiten Rampengeometrie 31 eingreifen, wobei die Endanschlagsfinger 29 in der Neutrallage im Wesentlichen mittig in der Vertiefung 34 angeordnet ist. Die rampenartigen Führungsflächen 28, 32 sind schraubgewindeförmig ausgebildet, das bedeutet, dass sie eine Steigung aufweisen, die durch einen Axialweg pro Umdrehung angegeben wird. Somit weisen die Führungsflächen 28, 32 einen sich von einem Innendurchmesser zu einem Außendurchmesser, also einen sich von radial innen nach radial außen veränderlichen Steigungswinkel auf. The interaction of the first ramp geometry 27 of the ramp pinion 19 and the second ramp geometry 31 of the ramp sleeve 20 is explained in more detail below with reference to FIGS. 5A to 5C. 5A shows the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 in an assembled state in a neutral position. It can be seen that the end stop fingers 29 of the first ramp geometry 27 engage in corresponding recesses 34 or depressions 34 of the second ramp geometry 31, the end stop fingers 29 being arranged essentially centrally in the depression 34 in the neutral position. The ramp-like guide surfaces 28, 32 are designed in the form of a screw thread, which means that they have a pitch which is specified by an axial travel per revolution. Thus, the guide surfaces 28, 32 have a pitch angle that changes from an inner diameter to an outer diameter, ie, a pitch angle that changes from radially inside to radially outside.
Durch eine Drehung des Rampenritzels 19 in Richtung des Pfeils P1 (siehe Fig. 5B) gleiten die rampenartigen Führungsflächen 28, 32 aneinander ab, wodurch die Rampenmuffe 20 in axialer Richtung A in Richtung des Pfeils P2 bewegt wird, da das Rampenritzel 19 axialfest und die Rampenmuffe 20 drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet sind. In Fig. 5C befinden sich das Rampenritzel 19 und die Rampenmuffe 20 in einer Endposition, in der die Endanschlagsfinger 29 der zweiten Rampengeometrie 27, in der Drehrichtung mit Endanschlagsfingern 46 der zweiten Rampengeometrie 21 in Anlagekontakt kommt, und so ein weiteres relatives Verdrehen zwischen dem Rampenritzel 19 und der Rampenmuffe 20 unterbindet, und somit die Verschiebung der Rampenmuffe 20 in axialer Richtung A begrenzt. By rotating the ramp pinion 19 in the direction of arrow P1 (see Fig. 5B), the ramp-like guide surfaces 28, 32 slide off one another, whereby the ramp sleeve 20 is moved in the axial direction A in the direction of arrow P2, since the ramp pinion 19 is axially fixed and the Ramp sleeve 20 rotatably, but are arranged axially displaceable. In Fig. 5C, the ramp pinion 19 and ramp sleeve 20 are in an end position in which the end stop fingers 29 of the second ramp geometry 27, in the direction of rotation, come into abutting contact with end stop fingers 46 of the second ramp geometry 21, and so further relative rotation between the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20, and thus the displacement of the ramp sleeve 20 in the axial direction A is limited.
Fig. 6 zeigt eine schematische, perspektivische Schnittdarstellung der Betätigungseinheit 4, also des Rampenritzels 19 und der Rampenmuffe 20 in einem zusammengesetzten Zustand. In Fig. 6 ist zu erkennen, dass zumindest eine rampenartige Führungsfläche 28 und die zugehörige komplementäre rampenartige Führungsfläche 32, insbesondere alle rampenartigen Führungsflächen 28, 32 eine Balligkeit entlang der Rampenkontur aufweisen. Das bedeutet, dass die rampenartigen Führungsfläche 28, 32 zumindest schwach konvex ausgeführt sind, wobei die konvexe Form bzw. die Balligkeit (siehe Pfeile P3, P4) in ihrem Hochpunkt einen Durchmesser aufweise, der sicherstellt, dass die rampenartigen Führungsflächen 28, 32 unabhängig von möglichen Toleranzen, wie bspw.
Fertigungstoleranzen etc., miteinander in Kontakt sind, und so eine ordnungsgemäße Funktion der Betätigungseinheit 4 gewährleistet ist. FIG. 6 shows a schematic perspective sectional view of the actuation unit 4, ie the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 in an assembled state. It can be seen in FIG. 6 that at least one ramp-like guide surface 28 and the associated complementary ramp-like guide surface 32, in particular all ramp-like guide surfaces 28, 32, have a crowning along the ramp contour. This means that the ramp-like guide surfaces 28, 32 are at least slightly convex, with the convex shape or crowning (see arrows P3, P4) having a diameter at its highest point that ensures that the ramp-like guide surfaces 28, 32 are independent of possible tolerances, such as Manufacturing tolerances, etc., are in contact with each other, and so a proper function of the actuating unit 4 is guaranteed.
Die Fig. 9 bis 14 zeigen beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Aktuators 35. Der Aktuator 35 ist als ein elektromechanischer Aktuator ausgebildet, wie sie bspw. in Fahrzeugen eingesetzt werden. Mit Bezug auf Fig. 9 bis 12C ist der Aktuator 35 mit Bezug auf eine Montage des Aktuators 35 in einen abtriebsseitigen Unterzusammenbau 36 (siehe Fig. 10A und 10B) und einen antriebsseitigen Unterzusammenbau 37 (siehe Fig. 11A und 11B) unterteilbar. 9 to 14 show exemplary embodiments of an actuator 35 according to the invention. The actuator 35 is designed as an electromechanical actuator, such as is used in vehicles, for example. Referring to Figs. 9 to 12C, the actuator 35 is separable into a driven side sub-assembly 36 (see Figs. 10A and 10B) and a driving side sub-assembly 37 (see Figs. 11A and 11B) with respect to assembly of the actuator 35.
Wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, weist der abtriebsseitige Unterzusammenbau 36 ein erstes Gehäuseteil 38, die Abtriebswelle 12, die als Tellerfeder 18 ausgebildete Federeinheit 3, die als Lamellenkupplung 5 ausgebildete Kupplungseinheit 4 und die Rampenmuffe 20 auf. Der Lamellenkorb 10 ist hier integral einstückig in dem ersten Gehäuseteil 38 ausgebildet. Die Abtriebswelle 12 ist hier beispielhaft als eine Schneckenwelle 39 die über Wälzlager 40, 41 (siehe auch Fig. 12A bis 12C) in dem ersten Gehäuseteil 38 gelagert. As shown in FIGS. 10A and 10B, the output-side subassembly 36 has a first housing part 38, the output shaft 12, the spring unit 3 designed as a plate spring 18, the clutch unit 4 designed as a multi-plate clutch 5 and the ramp sleeve 20. The lamellar basket 10 is here formed integrally in one piece in the first housing part 38 . The output shaft 12 is here, for example, as a worm shaft 39 which is mounted in the first housing part 38 via roller bearings 40, 41 (see also FIGS. 12A to 12C).
Der antriebsseitige Unterzusammenbau 37, wie in Fig. 11A und 11 B beispielhaft gezeigt, weist ein zweites Gehäuseteil 42, die Antriebseinheit 26 mit der Antriebswelle 25 und einer Positionserfassungseinheit 43 auf. Der antriebsseitige Unterzusammenbau 37 ist über Schrauben 44 mit dem abtriebsseitigen Unterzusammenbau 36 verbindbar. Die Antriebseinheit 26 kann bspw. als ein Elektromotor 45 (siehe auch Fig. 13 und 14) ausgebildet sein. The drive-side sub-assembly 37, as shown in FIGS. 11A and 11B by way of example, comprises a second housing part 42, the drive unit 26 with the drive shaft 25 and a position-sensing unit 43. As shown in FIG. The input-side sub-assembly 37 is connectable to the output-side sub-assembly 36 via bolts 44 . The drive unit 26 can be designed, for example, as an electric motor 45 (see also FIGS. 13 and 14).
Ein Stellvorgang des Aktuators 35 wird mit Bezug auf die Fig. 12A bis 12C nachfolgend genauer beschrieben. In Fig. 12A, ist der Elektromotor 45 nicht bestromt. Somit drückt die Tellerfeder 18 über den Drucktopf 14 das Lamellenpaket 6 zusammen. Damit liegt als ein Reibschluss zwischen der Schneckenwelle 39 und dem ersten Gehäuseteil 38 vor. Das bedeutet, die Rücklaufbremse 1 ist geschlossen und ein Verdrehen der Schneckenwelle 39 ist unterbunden. A positioning process of the actuator 35 will be described in more detail below with reference to FIGS. 12A to 12C. In Fig. 12A, the electric motor 45 is not energized. The plate spring 18 thus presses the disk pack 6 together via the pressure pot 14 . There is thus a frictional connection between the worm shaft 39 and the first housing part 38 . This means that reverse brake 1 is closed and twisting of worm shaft 39 is prevented.
Wird der Elektromotor 45 bestromt, baut dieser ein Drehmoment auf, dass über die Antriebswelle 25 auf das Rampenritzel 19 übertragen wird (siehe Fig. 12B). Das bedeutet, dass sich das Rampenritzel 19 gegenüber der Rampenmuffe 20 relativ verdreht, wobei die jeweiligen rampenartigen Führungsflächen aneinander gleiten. Die daraus resultierende Axialkraft, die die axiale Verschiebung der Rampenmuffe 20 entgegen der axialen Federkraft
der Tellerfeder 18 bewirkt, erhöht sich zunehmend. Dadurch wird die auf das Lamellenpaket 6 wirkende Anpresskraft zunehmen reduziert und bewirkt ein abnehmendes Bremsmoment und somit ein Lösen der Rücklaufbremse 1. Im weiteren Verlauf wird der Drucktopf 14 durch die axiale Verschiebung der Rampenmuffe 20 von dem Lamellenpaket 6 abgehoben, wobei das Rampenritzel 19 und die Rampenmuffe 20 ihre Endlage erreichen, in der ein weiteres relatives Verdrehen zwischen dem Rampenritzel 19 und der Rampenmuffe 20 durch die Endanschlagsfinger 29, 46 verhindert wird (siehe Fig. 12C). If the electric motor 45 is energized, it builds up a torque that is transmitted to the ramp pinion 19 via the drive shaft 25 (see FIG. 12B). This means that the ramp pinion 19 rotates relative to the ramp sleeve 20, with the respective ramp-like guide surfaces sliding on one another. The resulting axial force, which counteracts the axial displacement of the ramp sleeve 20 against the axial spring force causes the plate spring 18 increases increasingly. As a result, the contact pressure force acting on the disk set 6 is increasingly reduced and causes a decreasing braking torque and thus a release of the reverse brake 1. In the further course of the process, the pressure pot 14 is lifted from the disk set 6 by the axial displacement of the ramp sleeve 20, with the ramp pinion 19 and the Ramp sleeve 20 reach its end position in which further relative rotation between the ramp pinion 19 and the ramp sleeve 20 is prevented by the end stop fingers 29, 46 (see Fig. 12C).
Mit gelöster Rücklaufbremse 1 dient der Eingriff der ersten Rampengeometrie 27 und der zweiten Rampengeometrie 31 dazu, das volle Drehmoment des Elektromotors 45 mit synchroner Drehzahl auf die Schneckenwelle 39zu übertragen und so die gewünschte Stellposition des Aktuators zu erreichen. Nachdem der Aktuator die gewünschte Stellposition erreicht hat, wird die Bestromung des Elektromotors 45 deaktiviert, und somit kein Drehmoment mehr auf das Rampenritzel 19 übertragen. Die Federkraft der Tellerfeder 18 wirkt somit nur noch eine vergleichsweise axiale Kraft entgegen, welche sich im Wesentlichen durch die Reibung zwischen der ersten Rampengeometrie 27 und der zweiten Rampengeometrie 31 ergibt. Somit drückt die Tellerfeder 18 das Lamellenpaket 6 nun wieder über den Drucktopf 14 zusammen und schließt so die Rücklaufbremse 1. Dabei wird die Betätigungseinheit 4 wieder in die Neutrallage zurückbewegt (siehe Fig. 12A). With the reverse brake 1 released, the engagement of the first ramp geometry 27 and the second ramp geometry 31 serves to transmit the full torque of the electric motor 45 to the worm shaft 39 at synchronous speed and thus to achieve the desired setting position of the actuator. After the actuator has reached the desired setting position, the energization of the electric motor 45 is deactivated, and thus no more torque is transmitted to the ramp pinion 19 . The spring force of the disk spring 18 thus only counteracts a comparatively axial force, which essentially results from the friction between the first ramp geometry 27 and the second ramp geometry 31 . Thus, the plate spring 18 now presses the disk pack 6 together again via the pressure pot 14 and thus closes the return brake 1. The actuating unit 4 is then moved back into the neutral position (see FIG. 12A).
Insbesondere ist die Federkraft der Federeinheit 3 (Tellerfeder 18) ausreichend groß, um den Elektromotor 45 über die Steigung der Rampengeometrien 27, 31 gegen ein Motorschleppmoment zurückzudrehen, bis die Neutrallage der Betätigungseinheit 4 erreicht ist und damit das volle Bremsmoment erreicht wird. Beim Zurückdrehen des Elektromotors 45 wird das rückstellende Drehmoment sozusagen aus der aus der Steigung und/oder der Rampenform resultierenden „Hangabtriebskraft“ erzeugt. Hierfür ist eine kleine Rampensteigung, also ein flacher Steigungswinkel, in Kombination mit hohen Reibungswerten der rampenartigen Führungsflächen 28, 32 kontraproduktiv. Daher sind für die Betätigungseinheit 4 insbesondere Werkstoffpaarungen mit niedrigen Reibwerten, wie bspw. eine Stahl-Kunststoff-Paarung, zu verwenden. In particular, the spring force of the spring unit 3 (plate spring 18) is sufficiently large to turn the electric motor 45 back against an engine drag torque via the slope of the ramp geometries 27, 31 until the neutral position of the actuating unit 4 is reached and the full braking torque is thus achieved. When the electric motor 45 is turned back, the restoring torque is generated, so to speak, from the “slope downhill force” resulting from the gradient and/or the shape of the ramp. A small ramp gradient, ie a flat gradient angle, in combination with high friction values of the ramp-like guide surfaces 28, 32 is counterproductive for this. Therefore, material pairings with low coefficients of friction, such as a steel-plastic pairing, are to be used for the actuating unit 4 in particular.
Allgemein kann man sagen, dass für das Zurückdrehen der Betätigungseinheit in die Neutrallage eine große Steigung förderlich ist, jedoch ist für das Öffnen der Rücklaufbremse 1 eine eher kleine Steigung geeignet, da die aus dem Antriebsdrehmoment resultierende Axialkraft mit zunehmender Steigung der Führungsflächen größer wird. Somit wird bei der Auslegung der Rücklaufbremse 1 insbesondere eine Schnittmenge zwischen der größten
zulässigen Steigung zum Öffnen und einer erforderlichen Mindeststeigung zum Schließen der Rücklaufbremse 1 ermittelt und eine Steigung aus dieser Schnittmenge verwendet. Die Schnittmenge kann beeinflusst, insbesondere vergrößert werden durch eine Reduzierung des Motorschleppmoments, eine Reduzierung der Reibwerte der Führungsflächen 28, 32, einer Kennliniencharakteristik der Federeinheit 3, einer Anzahl der Reiblamellen und/oder eine Erhöhung der Lamellenreibwerte. In general, it can be said that a large gradient is beneficial for turning the actuating unit back into the neutral position, but a rather small gradient is suitable for opening reverse brake 1, since the axial force resulting from the drive torque increases with increasing gradient of the guide surfaces. Thus, in the design of the reverse brake 1 in particular an intersection between the largest permissible slope for opening and a required minimum slope for closing reverse brake 1 is determined and a slope from this intersection is used. The intersection can be influenced, in particular increased, by reducing the engine drag torque, reducing the coefficients of friction of the guide surfaces 28, 32, a characteristic curve of the spring unit 3, a number of friction plates and/or increasing the coefficients of friction of the plates.
Lässt sich keine Schnittmenge ermitteln, muss die Steigung derart gewählt werden, dass ein sicheres Lösen der Rücklaufbremse 1 gewährleistet ist. Dann ist es für das Schließen der Rücklaufbremse 1 erforderlich, den Elektromotor 45 zumindest für eine kurze Zeit so zu bestromen, dass dieser die Betätigungseinheit 4 aktiv in die Neutrallage zurückdreht. Hierzu ist insbesondere eine Erfassung der Winkellage der Rampenmuffe 20 oder die Kenntnis über die Position der Neutrallage in einer entsprechenden Steuereinheit erforderlich. Hierzu kann bspw. während der Bestromung zur Ausführung der Stellbewegung die zeitliche Stromstärke erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ können Lagebestimmungselemente z.B. am Lamellenträger 9 oder an der Rampenmuffe 20 vorgesehen sein, die zur Bestimmung der abtriebsseitigen Winkellage geeignet sind. Bspw. kann dies in Form eines Musters bzw. einer Vielzahl an Materialdurchstellungen oder Bohrungen am Lamellenträger 9 ausgebildet sein, die dann von der, insbesondere antriebsseitig angeordneten, Positionserfassungseinheit 43, wie bspw. ein Sensor, erfasst werden. If no intersection can be determined, the slope must be chosen in such a way that a safe release of reverse brake 1 is guaranteed. It is then necessary for the closing of the reverse brake 1 to energize the electric motor 45 at least for a short time in such a way that it actively turns the actuating unit 4 back into the neutral position. In particular, this requires the angular position of the ramp socket 20 to be detected or the position of the neutral position to be known in a corresponding control unit. For this purpose, for example, the current intensity over time can be recorded during the energization for the execution of the actuating movement. In addition or as an alternative, position-determining elements can be provided, e.g. on disk carrier 9 or on ramp sleeve 20, which are suitable for determining the angular position on the output side. For example, this can be in the form of a pattern or a large number of material openings or bores on the disk carrier 9, which are then detected by the position detection unit 43, such as a sensor, arranged in particular on the drive side.
Die Verwendung der Lamellenkupplung 5 als die Kupplungseinheit 2 ist insbesondere vorteilhaft, da die Lamellenkupplung 5 besonders geräuscharm ist. Darüber hinaus ist eine Einstellung des Brems- bzw. Haltemoments durch die Verwendung von mehr oder weniger Reibflächen, also Lamellenscheiben 7, 8 möglich. Ferner ermöglicht die Lamellenkupplung 5 eine kompakte Bauform der Rücklaufbremse 1. Darüber hinaus bietet das reibschlüssige Funktionsprinzip der Lamellenkupplung 5 den Vorteil, eines „weichen“ Schließvorgangs der Rücklaufbremse 1, durch ein, insbesondere stetig, zunehmendes Bremsmoment. Zusätzlich kann die Lamellenkupplung 5 bei Übermomenten, wie bspw. Drehmomentspitzen am Elektromotor 45, als Rutschkupplung fungieren und somit die anderen Komponenten des Aktuators 35 vor Überlastung durch solche Übermomente schützen. The use of the multi-plate clutch 5 as the clutch unit 2 is particularly advantageous since the multi-plate clutch 5 is particularly quiet. In addition, an adjustment of the braking or holding torque through the use of more or fewer friction surfaces, ie disks 7, 8 is possible. Furthermore, the multi-plate clutch 5 enables a compact design of the reverse brake 1. In addition, the frictional functional principle of the multi-plate clutch 5 offers the advantage of a “soft” closing process of the reverse brake 1, due to a particularly steadily increasing braking torque. In addition, the multi-plate clutch 5 can act as a slipping clutch in the event of excess torque, such as torque peaks at the electric motor 45, and thus protect the other components of the actuator 35 from being overloaded by such excess torque.
Fig. 13 und Fig. 14 zeigen den Aktuator 35, bei dem die Rücklaufbremse 1 als sogenanntes „Add-on“ nachgerüstet wurde. Die als „Add-on“ ausgeführte Rücklaufbremse bildet eine eigenständige Baugruppe mit einem eigenen Gehäuse 11, die auch nachträglich in den Aktuator 35 integriert werden kann. Die Fig. 13 und 14 unterschieden sich lediglich in der
Lagerungsart der Rücklaufbremse 1, wobei Fig. 13 eine schwimmend gelagerte Rücklaufbremse 1 zeigt und Fig. 14 eine vollständig gelagerte Rücklaufbremse 1 zeigt. 13 and 14 show the actuator 35 in which the reverse brake 1 has been retrofitted as a so-called “add-on”. The reverse brake designed as an "add-on" forms an independent assembly with its own housing 11, which can also be integrated into the actuator 35 at a later date. 13 and 14 differed only in the 13 shows a floating reverse brake 1 and FIG. 14 shows a fully supported reverse brake 1.
Bei der schwimmenden Lagerung wie in Fig. 13 ist die Rücklaufbremse 1 indirekt über die Abtriebswelle 12 und die Antriebswelle 25 durch die Lagerungen der Abtriebswelle 12 und der Antriebswelle 25 gelagert. Bei der vollständigen Lagerung wie in Fig. 14, besitzt die Rücklaufbremse 1 eine eigene Lagerung 47, über die sie in dem Gehäuse 11 gelagert ist.
In the case of the floating mounting as in FIG. 13, the reverse brake 1 is mounted indirectly via the output shaft 12 and the drive shaft 25 through the bearings of the output shaft 12 and the drive shaft 25. In the complete storage as in Fig. 14, the reverse brake 1 has its own bearing 47, via which it is mounted in the housing 11.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Rücklaufbremse 1 reverse brake
2 Kupplungseinheit 2 clutch unit
3 Federeinheit 3 spring unit
4 Betätigungseinheit 4 operating unit
5 Lamellenkupplung 5 multi-plate clutch
6 Lamellenpaket 6 disk pack
7 innere Lamellenscheibe 7 inner flap disc
8 äußere Lamellenscheibe 8 outer flap disc
9 Lamellenträger 9 slat carriers
10 Lamellenkorb 10 slat basket
11 Gehäuse 11 housing
12 Abtriebswelle 12 output shaft
13 Abtriebseinheit 13 output unit
14 Drucktopf 14 pressure pot
15 Gegendruckplatte 15 backing plate
16 Abtriebsseite 16 driven side
17 Antriebsseite 17 drive side
18 Tellerfeder 18 disc spring
19 Rampenritzel 19 ramp sprockets
20 Rampenmuffe 20 ramp sleeve
21 Steckverzahnung 21 spline
22 Betätigungsfinger 22 actuation fingers
23 Öffnung 23 opening
24 Steckverzahnung 24 splines
25 Antriebswelle 25 drive shaft
26 Antriebseinheit 26 drive unit
27 erste Rampengeometrie 27 first ramp geometry
28 rampenartige Führungsfläche 28 ramped guide surface
29 Endanschlagsfinger 29 end stop fingers
30 Ausnehmung 30 recess
31 zweite Rampengeometrie 31 second ramp geometry
32 rampenartige Führungsfläche 32 ramped guide surface
33 Rampenausführung 33 Ramp Execution
34 Ausnehmung/Vertiefung 34 recess/indentation
35 Aktuator
36 abtriebsseitiger Unterzusammenbau35 actuator 36 PTO subassembly
37 antriebsseitiger Unterzusammenbau37 drive side subassembly
38 erstes Gehäuseteil 38 first housing part
39 Schneckenwelle 40 Wälzlager 39 worm shaft 40 roller bearing
41 Wälzlager 41 rolling bearings
42 zweites Gehäuseteil 42 second housing part
43 Positionserfassungseinheit 43 position detection unit
44 Schraube 45 Elektromotor 44 screw 45 electric motor
46 Endanschlagsfinger 46 end stop fingers
47 Lagerung 47 storage
A axiale Richtung P1 Pfeil A axial direction P1 arrow
P2 Pfeil P2 arrow
P3 Pfeil P3 arrow
P4 Pfeil
P4 arrow
Claims
1. Rücklaufbremse (1) für einen Aktuator (35), aufweisend: eine Kupplungseinheit (2), die dazu eingerichtet ist, in einem geschlossenen Zustand eine Abtriebseinheit (13) des Aktuators (35) mit einem Gehäuse (38, 42) des Aktuators (35) drehmomentfest zu koppeln, eine Federeinheit (3), die dazu eingerichtet ist, die Kupplungseinheit (2) in einem antriebsfreien Zustand des Aktuators (35) zu schließen, und eine Betätigungseinheit (4), die dazu eingerichtet ist, die Kupplungseinheit (2) in einem angetriebenen Zustand das Aktuators (35) zu öffnen, wobei die Betätigungseinheit (4) ein Rampenritzel (19) mit einer ersten Rampengeometrie (27), und eine Rampenmuffe (20) mit einer zweiten Rampengeometrie (31) aufweist, wobei das Rampenritzel (19) dazu eingerichtet ist, drehmomentübertragend mit einer Antriebseinheit (26) des Aktuators (35) gekoppelt zu sein und die Rampenmuffe (20) dazu eingerichtet ist, drehfest und axial verschiebbar mit der Abtriebseinheit (13) des Aktuators (35) gekoppelt zu sein, wobei die erste Rampengeometrie (27) und die zweite Rampengeometrie (31) jeweils rampenartige Führungsflächen (28, 32) aufweisen, die derart direkt oder indirekt Zusammenwirken, dass ein Drehen des Rampenritzels (19) eine axiale Verschiebung der Rampenmuffe (20) entgegen einer Federkraft der Federeinheit (3) bewirkt. 1. reverse brake (1) for an actuator (35), comprising: a clutch unit (2) which is designed to, in a closed state, an output unit (13) of the actuator (35) with a housing (38, 42) of the actuator (35) in a torque-proof manner, a spring unit (3) which is set up to close the clutch unit (2) when the actuator (35) is in a non-driven state, and an actuating unit (4) which is set up to close the clutch unit ( 2) to open the actuator (35) in a driven state, wherein the actuating unit (4) has a ramp pinion (19) with a first ramp geometry (27) and a ramp sleeve (20) with a second ramp geometry (31), with the Ramp pinion (19) is set up to be coupled in a torque-transmitting manner to a drive unit (26) of the actuator (35) and the ramp sleeve (20) is set up to be non-rotatably and axially displaceably coupled to the output unit (13) of the actuator (35). wherein the first ramp geometry (27) and the second ramp geometry (31) each have ramp-like guide surfaces (28, 32) which interact directly or indirectly in such a way that rotation of the ramp pinion (19) counteracts axial displacement of the ramp sleeve (20). a spring force of the spring unit (3).
2. Rücklaufbremse (1) nach Anspruch 1 , wobei sich die rampenartigen Führungsflächen (28, 32) von einem Innendurchmesser zu einem Außendurchmesser derjeweiligen Rampengeometrie (27, 31) erstrecken. 2. reverse brake (1) according to claim 1, wherein the ramp-like guide surfaces (28, 32) extend from an inner diameter to an outer diameter of the respective ramp geometry (27, 31).
3. Rücklaufbremse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die rampenartigen Führungsflächen (28, 32) schraubgewindeförmig ausgebildet sind. 3. reverse brake (1) according to claim 1 or 2, wherein the ramp-like guide surfaces (28, 32) are formed in the shape of a screw thread.
4. Rücklaufbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Rampengeometrie (27) und/oder die zweite Rampengeometrie (31) zumindest eine ballig ausgebildete rampenartige Führungsfläche (28, 32) aufweisen. 4. reverse brake (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the first ramp geometry (27) and / or the second ramp geometry (31) have at least one cambered ramp-like guide surface (28, 32).
5. Rücklaufbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rampenritzel (19) und/oder die Rampenmuffe (20) zumindest einen Endanschlag aufweisen, der dazu
eingerichtet ist, ein relatives Verdrehen zwischen dem Rampenritzel (19) und der Rampenmuffe (20) zu begrenzen. 5. reverse brake (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein the ramp pinion (19) and / or the ramp sleeve (20) have at least one end stop, the is set up to limit relative twisting between the ramp pinion (19) and the ramp sleeve (20).
6. Rücklaufbremse (1) nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Endanschlag als eine rotative Begrenzung (29, 46) des relativen Verdrehens zwischen dem Rampenritzel (19) und der Rampenmuffe (20) ausgebildet ist, oder als eine axiale Begrenzung der axialen Verschiebung der Rampenmuffe (20) ausgebildet ist. 6. reverse brake (1) according to claim 5, wherein the at least one end stop is designed as a rotary limitation (29, 46) of the relative rotation between the ramp pinion (19) and the ramp sleeve (20), or as an axial limitation of the axial displacement the ramp sleeve (20) is formed.
7. Rücklaufbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rampenmuffe (20) und die Kupplungseinheit (2) integral einstückig ausgebildet sind. 7. reverse brake (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein the ramp sleeve (20) and the clutch unit (2) are integrally formed in one piece.
8. Rücklaufbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kupplungseinheit (2) als eine reibschlüssige Kupplungseinheit (5) oder als eine formschlüssige Kupplung ausgeführt ist. 8. reverse brake (1) according to any one of claims 1 to 7, wherein the clutch unit (2) is designed as a frictional clutch unit (5) or as a positive clutch.
9. Rücklaufbremse (1) nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Betätigungseinheit (4) ferner Wälzkörper aufweist, die zwischen der ersten Rampengeometrie (27) und der zweiten Rampengeometrie (31) angeordnet sind. 9. reverse brake (1) according to claim one of claims 1 to 8, wherein the actuating unit (4) further comprises rolling elements which are arranged between the first ramp geometry (27) and the second ramp geometry (31).
10. Aktuator (35), aufweisend: eine Antriebseinheit (26), die dazu eingerichtet ist, ein Antriebsmoment zu erzeugen, eine Abtriebseinheit (13), die dazu eingerichtet ist, das Antriebsmoment der Antriebseinheit (26) weiterzugeben, und eine Rücklaufbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die zwischen der Antriebseinheit (26) und der Abtriebseinheit (13) angeordnet ist, wobei die Kupplungseinheit (2) drehfest mit der Abtriebseinheit (13) gekoppelt ist, und wobei das Rampenritzel (19) mit der Antriebseinheit (26) drehmomentübertragend gekoppelt ist, und die Rampenmuffe (20) direkt oder indirekt mit der Abtriebseinheit (13) drehfest, aber axial verschieblich gekoppelt ist.
10. Actuator (35), comprising: a drive unit (26), which is set up to generate a drive torque, an output unit (13), which is set up to pass on the drive torque of the drive unit (26), and a reverse brake (1st ) according to one of claims 1 to 9, which is arranged between the drive unit (26) and the output unit (13), wherein the clutch unit (2) is non-rotatably coupled to the output unit (13), and wherein the ramp pinion (19) with the The drive unit (26) is coupled in a torque-transmitting manner, and the ramp sleeve (20) is directly or indirectly non-rotatably coupled to the output unit (13), but is coupled in an axially displaceable manner.
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