Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel (PWG) nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Planetenwälzgewindespindeln (PWG) (auch bezeichnet als Planetenwälzgewindespindeltrie- be) sind seit vielen Jahren Stand der Technik und werden beispielsweise in DD 0277308 A5 beschrieben. Aus der Druckschrift DE 10 2010 047 800 A1 ist beispielsweise ein Planeten- wälzgewindetrieb bekannt, der in einem Hydrostataktuator in Form eines hydrostatischen Kupplungsaktuators enthalten ist, um eine mittels eines Elektromotors E erzeugte Drehbewegung in eine Axialbewegung umzuwandeln. Ein Planetenwälzgewindetrieb mit einer Gewindespindel und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordneten Planeten, die am Innenumfang der Mutter sowie am Außenumfang der Gewindespindel abwälzbar angeordnet sind, ist aus der Druckschrift DE 10 2010 011 820 A1 bekannt. Bei dieser Lösung ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen, wobei die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und wobei die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefederte Federelement aufweist. Die Mutter übernimmt zwei Funktionen: einerseits ist sie Getriebeteil und andererseits ist sie Teil der Vorspanneinrichtung.

Es ist weiterhin bekannt (s. DE 10 2011 088 995 A1) eine Absolutmessung für eine Schlupferfassung eines PWG mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Spindelmutter und mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Planeten, die in Wälzeingriff mit der Gewindespindel sowie der Spindelmutter stehen, vorzunehmen, wobei ein gegenüber der Spindelmutter axial unverschieblich angeordnetes Sensorelement eine axiale Verlagerung der Gewindespindel und der Spindelmutter zueinander erfasst, wobei die Spindelmutter an einem das Sensorelement aufweisenden Gehäuse um die Spindelachse herum drehbar gelagert ist.

In einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung wird ein Ausrücksystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges beschrieben, bei dem unter Verwendung eines Antriebes über ein PWG ein in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerter Kolben betätigt wird, wobei mit einer Sensorik die Position des Kolbens erfassbar ist.

Die bekannten Systeme gestalten sich jedoch relativ aufwendig, da eine Vorspannung realisiert werden muss und schlupfbedingte Steigungsänderung des PWG-Systems einen Wegsensor zur exakten Positionierung notwendig machen.

Für die Randbedingung, dass die Steigung in der Hohlradmutter und auf den Planetenrollen 3 Null ist, ergeben sich folgende Grenzfälle: GrenzfaM : bei einem Haften zwischen Spindel und Planetenrollen erfolgt kein Vorschub/Axialbewegung bei drehender Spindel relativ zu dieser, wodurch 100% Schlupf zwischen Planetenrollen und Hohlradmutter zu verzeichnen ist und der Wirkungsgrad Null ist.

Grenzfall 2: bei einem Haften zwischen Planetenrollen und Hohlradmutter wird eine Spindelsteigung 1 :1 mit 100% Schlupf zwischen Planetenrollen und Spindel umgesetzt, wodurch der Wrkungsgrad sehr gering ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Aktuator mit einem Planeten- wälzgewindetrieb zu entwickeln, der eine schlupfbedingte Steigungsänderung vermeidet, einen guten Wirkungsgrad gewährleistet und einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Aktuator weist dabei eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) auf und wird insbesondere für die Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt, wobei eine zentrische eine Steigung aufweisende Spindel mit einem Rotor eines Antriebes drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse antreibbar ist und mehrere Planetenrollen mit der Spindel in Eingriff stehen und mit einem die Planetenrollen umringenden Hohlrad, das Rillen in Umfangs- richtung aufweist, kämmen, wobei die Planetenrollen an beiden Enden in einem Planetenrollenträger positioniert sind und erfindungsgemäß die Planetenrollenträger an beiden Enden drehfest abgestützt sind, derart, dass eine feste Zuordnung der Steigung der Spindel zu einem Axialhub eines mittels des PWG axial beweglichen Bauteils, welches mit einem axial betätigbaren Kolbens wirkverbunden ist, realisierbar ist.

Dadurch ist es erstmalig möglich, über die Steigung der Spindel den axialen Hub zu bestimmen ohne aufwendige Sensorik dafür zu verwenden.

Durch die erstmalige Verwendung eines PWG mit einem drehfest abgestützten Planetenrollenträgers und damit verbunden einer schlupfunabhängigen Systemsteigung kann in einem Aktuator auf einen Wegsensor (nach Stand d. Technik ist dieser aufgrund von Schlupf notwendig) und den dazugehörigen Komponenten in der Elektronik verzichtet werden, denn der Schlupf wirkt sich nicht auf die Axialbewegung der axial beweglichen Komponenten des PWG aus.

Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Lösung kombiniert mit der Möglichkeit des Re- ferenzierens, wodurch eine axiale Referenzposition/Nulllage eines axial beweglichen Elementes des Aktuators bestimmbar ist. Die beiden Planetenträger sind bevorzugt drehfest in einer, das Hohlrad umringenden und an beiden Enden radial nach innen weisenden ersten Hülse abgestützt und diese erste Hülse wird direkt oder über eine zweite Hülse oder ein anderes Zwischenelement drehfest und axial verschiebbar in einem gestellfesten Gehäuse aufgenommen. Das Hohlrad überträgt die Axialkräfte der Planetenrollen auf die erste Hülse, die an der zur ersten Hülse drehgesicherten zweiten Hülse anschlägt, mit welcher der Kolben verbunden ist, der beispielsweise eine Kupplung betätigt.

Das Gehäuse ist an einem den Antrieb (bevorzugt einen Elektromotor) aufnehmenden Motorblock drehfest befestigt und gegen wenigstens eine Feder oder ein Federpaket vorgespannt, wobei die erste Hülse entgegen einer Ausrückbewegung des Kolbens gegen das Federpaket fahrbar ist, bis dieses auf Block gespannt ist. Dadurch ist es möglich, über die Kennlinie des Federpaketes die Nullposition bzw. einen axialen Referenzpunkt des PWGs und somit des Kolbens zu bestimmen.

Die mit dem Planetenrollenträger drehfest und axialfest verbundene erste Hülse überträgt die Axialkräfte und die Bewegung in Form eines Axialhubes entweder direkt oder über die zweite Hülse (oder ein äquivalentes Zwischenelement) auf den Kolben, wodurch dieser eine Ausrückbewegung vollführt. In Referenzierrichtung drückt die erste Hülse zur Bestimmung des axialen Referenzpunktes/Nullpunktes auf die Feder/das Federpaket.

Nachdem der Referenzpunkt/Nullpunkt bekannt ist, wird über die Steigung der Spindel die axiale Lage der ersten Hülse und somit der mit dieser in Verbindung stehenden weiteren axial beweglichen Bauteile (zweite Hülse/Kolben) bestimmbar, da diese gemeinsam mit den Planetenrollenträgern drehfest zum Gehäuse fixiert sind.

Durch die Verdrehsicherung der Planetenrollenträger in Kombination mit dem Federpaket, welches axial einen Referenzpunkt ermöglicht, ist die Lagebestimmung mittels eines Drehwinkelgebers des E-Motors oder der Spindel realisierbar. Weiterhin ist die axiale Lagebestimmung über die Motorkennlinie bzw. die Kennlinie des Motorstromes möglich, da diese Kennlinien mit der Kennlinie der Feder/des Federpaketes (Kraft-/Weg-Verlauf) korrespondieren.

Weiterhin ist Position der Kupplung über deren Kennlinie mittels eines Plausibilitätschecks bestimmbar.

Die Spindel weist eine Steigung 0 auf und ist vorteilhafter Weise lediglich mit einem Winkelgeber für einen Winkel-/Lagesensor kombiniert, welcher verdrehfest mit dem Rotor eines antreibenden Elektromotors verbunden ist.

Die erste Hülse ist bevorzugt zweiteilig ausgebildet und wird beispielsweise über eine, diese umringende Klammer miteinander axial und drehfest verbunden. Die zweite Hülse weist an ihrem Außendurchmesser eine Längsverzahnung auf, die mit einer Längsverzahnung an der Innenkontur des Gehäuses in Eingriff steht, derart dass die zweite Hülse drehfest und axial verschiebbar im Gehäuse aufgenommen ist. Weiterhin ist die zweite Hülse mit dem Kolben verbunden, so dass eine Axialbewegung auf den Kolben übertragen und dadurch die Kupplung betätigt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine schlupfbedingte Steigungsänderung vermieden (nicht Vermeidung von Schlupf), wobei ein guter Wirkungsgrad beibehalten wird. Damit kann der Einsatz eines Wegsensors entfallen und die Elektronik in Aktuatoren, die aufgrund erhöhter Funktions-Sicherheits-Anforderungen eine gezielte Position anfahren müssen, vereinfacht werden. Zur Positionierung wird nur ein integrierter Drehgeber genutzt, dessen Signal nur über ein plausibles Referenzieren gegen eine Kennlinie abgeglichen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 den Längsschnitt des Aktuators,

Figur 2 die dreidimensionale Darstellung eines Längsschnitts mit eingezeichnetem Kraft- fluss F in Ausrückrichtung des Kolbens und

Figur 3 den Längsschnitts des PWG mit erster und zweiter Hülse,

Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung des PWG gemäß Figur 2 und 3, jedoch ohne zweite Hülse,

Figur 5 einen dreidimensionale Einzelteildarstellung des Gehäuses,

In Figur 1 ist ein Aktuator im Längsschnitt dargestellt, der eine Planetenwälzgewindespindel (PWG) aufweist, mit welcher die durch eine Elektromotor E erzeugte Drehbewegung in eine axiale Hubbewegung umwandelt, durch welche ein Kolben 1 ausrückbar und dadurch eine nicht dargestellte Kupplung betätigbar ist. Das Getriebe in Form der eine Planetenwälzgewindespindel PWG (s. auch Fig. 2 und 3) weist eine Spindel 2 mit einem Außengewinde 2.1 mit einer Steigung auf, die mit einem nicht bezeichneten Rotor des Antriebes (hier E-Motor E) drehfest verbunden und mit dem Antrieb um eine Drehachse L antreibbar ist. Mit der Spindel 2 stehen mehrere Planetenrollen 3 in Eingriff, die mit einem die Planetenrollen 3 umringenden Hohlrad 4, das Rillen in Umfangsrichtung aufweist, kämmen. Vorzugsweise werden drei oder ein Vielfaches von drei Planetenrollen 3 in Umfangsrichtung um die Spindel 2 positioniert. Die Planetenrollen 3 sind an beiden Enden in jeweils einem Planetenrollenträger 5 drehbar aufgenommen, wobei die beiden Planetenrollenträger 5 drehfest abgestützt sind.

Dazu wird jeder Planetenrollenträger 5 in einem endseitig radial nach innen weisenden Bereich A1 der ersten Hülse A aufgenommen, die in zwei Hälften unterteilt ist, welche einen radial nach außen weisenden Bund 6 aufweisen und an diesem über eine Klammer 7 (bevorzugt aus Blech) miteinander drehfest und axial fest miteinander verbunden sind. Die erste Hülse A sitzt drehfest und axial fest in einer zweiten Hülse B, die wiederum drehfest aber axial verschiebbar in einem Gehäuse 8 aufgenommen und zu diesem abgedichtet ist. Die zweite Hülse B weist dabei an ihrem Außendurchmesser eine Außenverzahnung B1 auf (s. Figur 2), die mit einer Innenverzahnung 8.1 (s. auch Fig. 5) des Gehäuses 8 korrespondiert. Das Gehäuse 8 wird über einen radial nach außen weisenden Flanschbereich 8.2 an dem Motorgehäuse 9 des Elektromotors E gestellfest befestigt.

Somit sind über das Gehäuse 8, die zweite Hülse B, die erste Hülse A und die Planetenrollenträger 5 verdrehfest angeordnet.

Das Hohlrad 4 überträgt über zwei Axiallager 10 des PWG, die die interne PWG- Kraftweiterleitung gewährleisten, die Axialkräfte aus den Planetenrollen 3 mittels Formschluss (nicht bezeichnete umlaufende Rillen) in die Hülse A.

Die erste Hülse A leitet die Axialkräfte und den Axialhub über die zweite Hülse B an das zu betätigende Element (hier der Kolben 1) weiter, der gemäß Figur 1 über ein Aufnahmeteil 11 an dem durch eine zentrische Öffnung 8.3 des Gehäuses 8 nach außen weisenden Ende der zweiten Hülse B befestigt ist.

Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass das Gehäuse 8 mit seinem radial nach außen weisenden Flanschbereich 8.2 hier ein Federpaket 12 in Form eines Tellerfederpaketes 12 gegen das Motorgehäuse 9 vorspannt. Die erste Hülse A drückt in Referenzierrichtung, die entgegen der Ausrückbewegung des Kolbens 1 gerichtet ist, mit dem radial nach außen weisenden Bund 6, der mit der Klammer 7 umschlossen ist, auf das Federpaket 12, welches durch das Gehäuse 8 vorgespannt ist, um ein plausibles Referenzieren zu gewährleisten.

Die Spindel 2 ist mit einer Steigung Φ 0 versehen und weist einen nicht dargestellten Winkelgeber für einen Winkel und/oder Lagesensor auf, welcher/welche verdrehfest mit dem Rotor des antreibenden Elektromotors E verbunden ist/sind.

Eine Lagereinheit 13 ist dabei vorzugsweise als 4-Punkt-Lager, hier als Kombination aus Axial- und Radiallager, ausgeführt um die Axialkräfte und die Rotation der Spindel 2 zum Gehäuse 8 aufzunehmen. Das Motorgehäuse 9 weist den Stator 9.1 , die erforderliche nicht bezeichnete Elektronik und Schnittstellen nach außen (Stecker 14, Kondensator 15 etc.) auf. Weiterhin ist mit dem Motorgehäuse 9 das Gehäuse 8 gestellfest gekoppelt, in dem über die Innenverzahnung 8.1 in Form der Längsnuten die Drehabstützung des Planetenrollenträgers 5 indirekt über die erste Hülse A und die zweite Hülse B realisiert wird.

Durch die Verwendung eines PWG mit drehfest abgestützten Planetenrollenträger 5 und damit verbunden einer schlupfunabhängigen Systemsteigung in Kombination mit der Möglichkeit des Referenzierens kann in dem erfindungsgemäßen Aktuator auf einen Wegsensor (nach Stand d. Technik ist dieser aufgrund von Schlupf notwendig) und die dazugehörigen Komponenten in der Elektronik verzichtet werden.

In den Figuren 2 und 3 ist nochmals zur Verdeutlichung das Getriebe des Aktuators in Form der Planetenwälzgewindespindel PWG dargestellt, welches bereits in Figur 1 im Wesentlichen beschrieben wurde.

Dabei wird in Figur 2 der Kraftverlauf F über die Spindel 2 auf die zweite Hülse B, mit welcher der nicht dargestellte Kolben 1 betätigt wird, mit dem Pfeil dargestellt und es ist aus den Figuren 2 und 3 die Außenverzahnung B1 in Form von Längsnuten in der zweiten Hülse B ersichtlich. Die zweite Hülse B erstreckt sich mit dem Bereich, der die Außenverzahnung B1 aufweist, nur über eine Hälfte der ersten Hülse A und weist nach der Außenverzahnung B1 einen radial nach innen weisenden Absatz B2 auf, an dem die erste Hülse A innen axial anschlägt. Radial innen schließt sich an den Absatz B2 ein rohrförmiger Bereich B3 an, der die Spindel 2 umringt und an dem der Kolben 1 (s. Fig. 1) befestigt ist.

Figur 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des PWG gemäß Figur 2 und 3, jedoch nur mit Hülse A und ohne zweite Hülse B. An dem radial nach innen weisenden Bereich A1 weist die erste Hülse A Aussparungen A2 auf, in welche die Planetenrollenträger 5 formschlüssig eingreifen, so dass diese zur ersten Hülse A drehfest sind. Die beiden Hälften der ersten Hülse A und die Klammer 7 sind über ineinandergreifende Formelemente 16 miteinander drehfest und axial fest gesichert.

Aus Figur 5 ist eine Einzelteildarstellung 5 des Gehäuses 8 ersichtlich, welches eine Innenverzahnung 8.1 in Form einer Längsverzahnung bzw. Längsrillen aufweist und damit die zweite Hülse B mit deren Außenverzahnung B1 drehfest und axial verschiebbar aufnimmt. Das Gehäuse 8 wird mit seinem Flanschbereich 8.2 am Motorgehäuse 9 (hier nicht dargestellt) befestigt und weist dazu Schraubbohrungen 8.4 auf.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Planetenrollenträger erstmals drehfest abgestützt. Die Spindel 2 wird verdrehfest mit dem Rotor verbunden und das Hohlrad 4 überträgt die Axialkräfte der Planetenrollen 3 auf die eine erste Hülse A, die zweiteilig vorzugsweise als Blechteil ausgebildet ist. Die erste Hülse A schlägt an eine zweite Hülse B an, die die Hubbewegung des Kolbens 1 ermöglicht. Hülse A ist gegenüber Hülse B drehgesichert und die Planetenrollenträger 5 sind verdrehsicher in A gelagert. Durch diese Verdrehsicherung in Kombination mit dem Federpaket 12, welches axial einen Referenzpunkt ermöglicht, kann eine Lagemessung auf einfache Weise mittels eine Drehwinkelgebers des E-Motors E oder der Spindel 2 erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt noch ein Plausibilitätscheck über die Kennlinie der Kupplung um die Position richtig zu bestimmen.

Es kann die Vermeidung von schlupfbedingter Steigungsänderung (nicht Vermeidung von Schlupf) unter Beibehaltung eines guten Wirkungsgrades realisiert werden. Weiterhin wird eine einfache Möglichkeit des Referenzierens zur Verfügung gestellt. Dadurch kann der Wegsensor entfallen und die Elektronik in Aktuatoren die aufgrund erhöhter Funktionssicherheits- Anforderungen eine gezielte Position anfahren müssen, entfallen. Zur Positionierung wird nur ein integrierter Drehgeber genutzt, dessen Signal nur über ein plausibles Referenzieren gegen eine Kennlinie abgeglichen wird.

Bezuqszeichenliste

1 Kolben

Spindel

.1 Außengewinde

3 Planetenrollen

Hohlrad

5 Planetenrollenträger

6 Bund

7 Klammer

8 Gehäuse

8.1 Innenverzahnung

8.2 Flanschbereich

8.3 Öffnung

8.4 Schraubbohrungen

9 Motorgehäuse

9.1 Stator

10 Axiallager

1 1 Aufnahmeteil

12 Federpaket

13 Lagereinheit

14 Stecker

5 Elektronik (Kondensator)

16 Formelemente

A erste Hülse

A1 radial nach innen weisender Bereich

B zweite Hülse

B1 Außenverzahnung

B2 Absatz

B3 rohrförmiger Bereich

E Elektromotor

F Kraftfluss

L Drehachse

PWG Planetenwälzgewindespindel