Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Antriebselement, einem um die Rotationsachse drehbaren Abtriebselement und einer Kopplungseinrichtung, durch die das Antriebselement unter Ausbildung eines Verdrehspiels mit dem

Abtriebselement gekoppelt ist.

Drehende Aktuatoren finden in einer Vielzahl von Vorrichtungen Anwendung. Häufig muss in einem nicht aktivierten Zustand des Aktuators ein unerwünschtes Verdrehen des Abtriebselements verhindert werden.

Grundsätzlich könnte dies mittels eines zusätzlichen Aktuators, z.B. einer elektromagnetischen Bremse, erfolgen. Ein solcher zusätzlicher Aktuator ist jedoch mit unerwünschten Kosten und Gewicht verbunden. Es könnte auch ein selbsthemmendes Glied in der Antriebskette des Aktuators vorgesehen sein, beispielsweise eine Trapezgewindespindel. Ein derartiges selbsthemmendes Glied verschlechtert jedoch den Gesamtwirkungsgrad des Aktuators.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache, kostengünstige und zuverlässige Weise an einem Verdrehen in nicht aktiviertem Zustand gehindert ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß umfasst die Kopplungseinrichtung ein mit dem Ab- triebselement drehfest gekoppeltes Übertragungselement, welches gegen- über dem Abtriebselement zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung versetzbar ist, wobei das Übertragungselement in der Ruhestellung durch eine Bremseinrichtung verdrehgesichert ist und in der Betriebsstellung um die Rotationsachse drehbar ist, und wobei das Über- tragungselement durch eine Federeinrichtung in die Ruhestellung vorgespannt ist. Die Kopplungseinrichtung ist dazu ausgebildet, dass ausgehend von der Ruhestellung des Übertragungselements durch eine anfängliche Drehbewegung des Antriebselements unter Aufbrauchen des

Verdrehspiels das Übertragungselement gegen die Federvorspannung in die Betriebsstellung versetzbar ist, und dass nach Erreichen der Betriebsstellung das Übergangselement durch eine weitere Drehbewegung des Antriebselements zu einer Drehbewegung antreibbar ist, um hierdurch auch das Abtriebselement zu einer Drehbewegung anzutreiben. Die Kopplungseinrichtung gestattet unter Bewirkung einer - beispielsweise axialen oder radialen - Relativbewegung des Antriebselements und des Übertragungselements eine begrenzte Drehbewegung des Antriebselements relativ zu dem Übertragungselement. Dadurch ergibt sich bei einem Betätigen des Aktuators ein zweiphasiger Bewegungsablauf. Während einer anfänglichen ersten Bewegungsphase wird höchstens ein Teil der Drehbewegung des Antriebselements in eine Drehbewegung des Übertragungselements umgesetzt. Im Übrigen wird die Drehbewegung des Antriebselements jedoch dazu genutzt, die Bremseinrichtung wahlweise zu lösen oder festzustellen. Das Abtriebselement steht hierbei still, solange das Verdrehspiel zwischen Antriebselement und Abtriebselement aufgebraucht wird. Während einer nachfolgenden zweiten Bewegungsphase erfolgt in gewohnter Weise eine Drehmomentübertragung von dem Antriebselement über das Übertragungselement auf das Abtriebselement. Bei dieser Drehmomentübertragung sind keine unerwünschten Reibungswi- derstände aufgrund von selbsthemmenden Antriebsgliedern zu überwinden.

Bei einer Aktivierung des Aktuators wird also zunächst das Übertragungs- element in die Betriebsstellung überführt - wobei die Bremseinrichtung gelöst wird -, und anschließend erfolgt die übliche angetriebene Drehbewegung des Abtriebselements, wie es der gewünschten Funktion des Aktuators entspricht. Aufgrund der Vorspannung nimmt der Aktuator automatisch die

verdrehgesicherte Ruhestellung ein, wenn er sich in einem nicht aktivierten Zustand befindet, also z.B. eine zugehörige Erregerspule nicht bestromt ist. Eine unerwünschte Verdrehbewegung wird in dieser Ruhestellung sicher vermieden. Durch die Erfindung kann somit ein unbeab- sichtigtes Weiterdrehen des Aktuators im nicht betätigten Zustand verhindert werden, ohne hierzu zwingend eine eigene, separat zu betätigende Vorrichtung vorsehen zu müssen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.

Die Kopplungseinrichtung kann wenigstens einen Wälzkörper umfassen, über den das Antriebselement mit dem Übertragungselement während der anfänglichen Drehbewegung zusammenwirkt. Ein derartiger Wälzkörper, wie eine zylindrische Rolle oder eine Kugel, gestattet eine Bewegungsübertragung zwischen Antriebselement und Übertragungselement mit hohem Wirkungsgrad.

Die Kopplungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, dass das Übertragungselement sich während der anfänglichen Drehbewegung des Antriebselements von dem Antriebselement entgegen der Federvorspannung abstößt. Für eine sichere Abstützung des Übertragungselements oder des Wälzkörpers kann das Antriebselement insbesondere axial fest in einem Gehäuse des Aktuators gelagert sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Kopplungseinrichtung eine Umlenkeinrichtung auf, die die anfängliche Drehbewegung des Antriebselements zumindest teilweise in eine axiale und / oder radiale Bewegung des Übertragungselements umlenkt. Diese axiale und/oder radiale Bewegung des Übertragungselements kann zum Lösen oder Feststellen der Bremseinrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die Umlenkeinrichtung derart ausgebildet sein, dass die Drehbewegung des Antriebselements letztlich in eine spiralförmige Bewegung des Übertragungselements umgesetzt wird (Axialspirale oder Radialspirale) .

Die Umlenkeinrichtung kann wenigstens eine Rampe umfassen. Das heißt es kann an dem Antriebselement und / oder an dem Übertragungselement ein Bereich mit einer bezüglich einer Normalebene zu der Rotationsachse geneigten Oberfläche vorhanden sein, auf welchem beispielsweise ein oder mehrere Wälzkörper abrollen. Alternativ kann sich auch der Radius der Rampe bezüglich der Rotationsachse in Umlaufrichtung ändern. Insbesondere kann auch ein Paar von zwei einander gegenüberstehenden Rampen vorgesehen sein, welche vorzugsweise über einen oder mehrere Wälzkörper zusammenwirken, um so die anfängliche Drehbewegung des An- triebselements in eine radiale oder axiale Bewegung des Übertragungselements umzusetzen.

Die Kopplungseinrichtung kann wenigstens einen Anschlag umfassen, über den das Antriebselement mit dem Übertragungselement während der weiteren Drehbewegung zusammenwirkt. Beispielsweise kann ein auf einer Rampe abrollender Wälzkörper nach Abschluss der anfänglichen Drehbewegung an einem Wandabschnitt des Antriebselements oder des Übertragungselements anschlagen. Der Anschlag markiert den Übergang von der anfänglichen Drehbewegung in die weitere Drehbewegung, wobei die weitere Drehbewegung des Antriebselements aufgrund des Anschlags direkt und unmittelbar auf das Übertragungselement und somit auf das Abtriebselement übertragen wird. Hierdurch ist eine zuverlässige Drehmomentübertragung von dem Antriebselement auf das Abtriebselement möglich. Durch den oder die Anschläge wird das genannte Verdrehspiel, d.h. die mögliche Drehbewegung des Antriebselements relativ zu dem Übertragungselement begrenzt. Beispielsweise kann nach Abschluss der anfänglichen Drehbewegung ein Wälzkörper zum einen an einem Anschlag des Antriebselements und zum anderen an einem Anschlag des Übertragungselements anliegen, oder der Anschlag des Antriebselements kann unmittelbar an einem Anschlag des Übertragungselements anliegen.

Weiterhin kann die Kopplungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass nach Anhalten der weiteren Drehbewegung des Antriebselements das Übertragungselement infolge der Federvorspannung zurück in die Ruhe- Stellung versetzt wird. Insbesondere kann die Ausgestaltung derart sein, dass entweder das Übertragungselement gemeinsam mit dem Abtriebselement oder das Antriebselement eine Ausgleichs-Drehbewegung vollziehen, d.h. die Rückstellbewegung des Übertragungselements in die verdrehgesicherte Ruhestellung erfolgt unter Wiederherstellung des Verdrehspiels zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement. Das wiederhergestellte Verdrehspiel kann dann bei einem nachfolgenden Betätigen des Aktuators während der entsprechenden anfänglichen Drehbewegung wieder aufgebraucht werden. Die Kopplungseinrichtung kann ferner für verschiedene Drehrichtungen des Antriebselements unterschiedlich wirksam sein. Hierdurch kann eine drehrichtungsabhängige Wirksamkeit erzielt werden. Zum Beispiel kann anstelle einer symmetrischen, beispielsweise V-förmigen, Rampe eine asymmetrische Rampe vorgesehen sein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Bremseinrichtung stationär angeordnet. Beispielsweise kann die Bremseinrichtung in einem Gehäuse des Aktuators fixiert sein. In der Betriebsstellung ist das Über- tragungselement von der Bremseinrichtung gelöst und kann sich somit frei bewegen.

Die Bremseinrichtung kann eine Reibeinrichtung umfassen, die vorzugsweise eine konische oder ebene Wirkiläche besitzt, oder die Bremseinrich- tung kann eine formschlüssige Bremse umfassen. Beispielsweise kann direkt an dem Übertragungselement eine konische Wirkiläche ausgebildet sein, welche mit einer dazu passenden konischen Wirkfläche eines gehäusefesten Bremselements zusammenwirkt. Eine derartige

Konusbremse weist einen besonders einfachen und platzsparenden Auf- bau auf. Sofern ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, kann zur

Verringerung der Herstellungskosten auch eine Reibeinrichtung mit ebener Wirkfläche vorgesehen sein. Eine formschlüssige Bremse ermöglicht besonders große Bremskräfte, was bei manchen Anwendungen erforderlich sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Antriebselement und das Abtriebselement axial fest gelagert.

Ferner kann das Abtriebselement als eine Welle ausgebildet sein, die vor- zugsweise an dem Antriebselement drehbar gelagert ist. Das Übertra- gungselement kann demgegenüber an dem Abtriebselement axial beweglich gelagert sein, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung. Für das Antriebselement und das Abtriebselement müssen somit keine aufwendigen Lagerungen vorgesehen sein, welche eine axiale Beweglichkeit ermög- liehen.

Weiterhin kann die Federeinrichtung zwischen dem Abtriebselement und dem Übertragungselement wirksam sein. Die Federeinrichtung kann wenigstens eine Druckfeder umfassen und / oder in axialer Richtung wirksam sein. Beispielsweise kann eine Tellerfeder zwischen dem Abtriebselement und dem Übertragungselement angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform mit einer anfänglichen Bewegung des Übertragungselements in Form einer Radialspirale kann eine Drehfeder für eine drehelastische Kopplung oder eine radial wirksame Feder vorgesehen sein.

Das Antriebselement und/ oder das Übertragungselement können als ein Blechumformteil gebildet sein, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ak- tuators.

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung des Aktuators gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorn.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Aktuators gemäß

Fig. 2 von hinten. Gemäß Fig. 1 bis 3 umfasst ein Aktuator 1 1 ein Antriebselement 13 und ein Abtriebselement 15, welche hohlwellenartig ausgebildet sind und um eine gemeinsame Rotationsachse R drehbar in einem nicht dargestellten Gehäuse des Aktuators 11 gelagert sind. In axialer Richtung sind sowohl das Antriebselement 13 als auch das Abtriebselement 15 in dem Gehäuse fixiert. Ein ringförmiges Übertragungselement 17 sitzt auf dem Abtriebselement 15 und ist mittels einer Steckverzahnung 18 drehfest, jedoch axial verschieblich auf diesem gelagert. Das Übertragungselement 17 ist somit in Richtung der Rotationsachse R zwischen einer in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung und einer in Fig. 1 nicht gezeigten, weiter rechts liegenden Betriebsstellung versetzbar. An einer äußeren Umfangsfläche des Übertragungselements 17 ist ein Außenkonus 19 ausgebildet, welcher in der Ruhestellung mit dem Innenkonus 20 eines gehäusefesten Brems- rings 21 derart zusammenwirkt, dass das Übertragungselement 17 in der Ruhestellung durch die Reibwirkung zwischen dem Außenkonus 19 und dem Innenkonus 20 verdrehgesichert ist. Sollte die Anwendung dies erfordern, kann anstelle des Konusmechanismus auch eine Reibeinrichtung mit ebener Wirkfläche oder eine formschlüssige Bremse vorgesehen sein.

Zwischen einer ausgangsseitigen Stirnfläche 23 des Übertragungselements 17 und einer an dem Abtriebselement 15 ausgebildeten Schulter 25 ist eine auf Druck wirksame Feder 27 angeordnet, welche das Übertragungselement 17 relativ zu dem Abtriebselement 15 in die Ruhestellung vorspannt.

An einer eingangsseitigen Stirnfläche 22 des Übertragungselements 17 ist eine Kugelrampe 29 ausgebildet, welche einer Kugelrampe 31 des Antriebselements 13 gegenüberliegt. Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, sind insgesamt drei über den Umfang des Übertragungselements 17 gleichmä- ßig verteilt angeordnete Kugeln 33 vorgesehen, welche zwischen der Kugelrampe 29 des Übertragungselements 17 und der Kugelrampe 31 des Antriebselements 13 positioniert sind. Die relativ kurzen Kugelrampen 29, 31 erstrecken sich bezogen auf die Rotationsachse R in Umfangsrichtung und schließen mit jeweiligen Anschlägen 35 ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Kugelrampen 29, 31 in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch.

Bei einer relativen Verdrehung zwischen dem Übertragungselement 17 und dem Abtriebselement 15 um die Rotationsachse R können die Kugeln 33 an den Kugelrampen 29, 31 abrollen, sofern sie nicht zwischen zwei jeweiligen Anschlägen 35 eingeklemmt sind. Die Kugeln 33 bilden im Zusammenwirken mit den Kugelrampen 29, 31 einen Mechanismus zur Kopplung des Antriebselements 13 und des Abtriebselements 15, welcher nachfolgend genauer erläutert wird.

Sofern der Aktuator 1 1 nicht aktiviert ist, also kein Drehmoment an dem Antriebselement 13 anliegt, drückt die Feder 27 das Übertragungselement 17 in die in Fig. 1 dargestellte Ruhestellung, in welcher das Übertragungs- element 17 durch einen Reibeingriff zwischen dem Außenkonus 19 und dem Innenkonus 20 verdrehgesichert ist. In dieser Ruhestellung wird eine unerwünschte Aktuatordrehung vermieden. Die Kugeln 33 befinden sich an einem jeweiligen Scheitelpunkt 37 der Kugelrampen 29, 31. Wenn nun der Aktuator 11 betätigt wird und somit ein Drehmoment an dem Antriebselement 13 anliegt, wird eine daraufhin einsetzende Drehbewegung des Antriebselements 13 mittels des Kugelrampenmechanismus in eine kombinierte Bewegung des Übertragungselements 17 umgesetzt, welche sowohl einen axialen als auch einen radialen Anteil umfasst. Bei- spielsweise können die Kugelrampen 29, 31 einen axial spiralförmigen Verlauf definieren. Aufgrund des axialen Bewegungsanteils wird das Übertragungselement 17 von der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung zunächst in eine weiter rechts liegende Betriebsstellung überführt, in welcher der Außenkonus 19 des Übertragungselements 17 von dem Innenkonus 20 des Bremsrings 21 gelöst ist und sich das Übertragungselement 17 somit frei drehen kann. In dieser ersten Bewegungsphase wirken die Kugelrampen 29, 31 und die darin geführten Kugeln 33 also als Umlenkeinrichtung, um die Drehbewegung des Antriebselements 13 in eine axiale Bewegung des Übertragungselements 17 umzulenken. Ein zwischen dem An- triebselement 13 und dem Abtriebselement 15 bestehendes Verdrehspiel wird dabei aufgebraucht. Die erste Bewegungsphase des Übertragungselements 17 ist beendet, sobald die Kugeln 33 an den jeweiligen Anschlägen 35 der Kugelrampen 29, 31 anstoßen. Sobald dies der Fall ist, rollen die Kugeln 33 nicht mehr ab und es ergibt sich in der entsprechenden Drehrichtung eine drehfeste Kopplung zwischen dem Antriebselement 13 und dem Übertragungselement 17, und somit auch mit dem Abtriebselement 15. Das Antriebselement 13 treibt somit über die Kugeln 33 und das Übertragungselement 17 das Abtriebs- element 15 zu einer wunschgemäßen Drehbewegung des Aktuators 1 1 an (zweite Bewegungsphase). Besondere Reibungswiderstände sind hierbei nicht zu überwinden. Da das Übertragungselement 17 in dieser Bewegungsphase bereits seine Betriebsstellung erreicht hat, wird von dem Bremsring 21 nämlich keine Bremskraft mehr auf das Übertragungsele- ment 17 ausgeübt.

Wenn der Aktuator 1 1 ausgehend von der Betriebsstellung des Übertragungselements 17 deaktiviert wird und folglich kein Drehmoment mehr an dem Antriebselement 13 anliegt, drückt die Feder 27 das Übertragungs- element 17 zurück in die verdrehgesicherte Ruhestellung, wobei entweder das Übertragungselement 17 gemeinsam mit dem Abtriebselement 15 oder aber das Antriebselement 13 (oder beide) eine Ausgleichs-Drehbewegung vollziehen, während der die Kugeln 33 in einer der vorherigen Drehrichtung entgegengesetzten Richtung auf den Kugelrampen 29, 31 in Richtung des jeweiligen Scheitelpunkts 37 abrollen. Das Verdrehspiel zwischen dem Antriebselement 13 und dem Abtriebselement 15 wird durch diese Ausgleichsbewegung wieder hergestellt. Der Aktuator 1 1 ist nun wiederum durch den gehäusefesten Bremsring 21 gegenüber einem unerwünschten Verdrehen gesichert und gleichzeitig bereit für eine erneute Aktivierung.

Sofern ein drehrichtungsabhängiger Bewegungsverlauf erwünscht ist, können die Kugelrampen 29, 31 auch von der in Fig. 2 und 3 dargestellten symmetrischen Form abweichen. Grundsätzlich kann zusätzlich zu der aus dem Übertragungselement 17 und dem Bremsring 21 gebildeten Bremseinrichtung ein zwischen dem Antriebselement 13 und dem Abtriebselement 15 wirkendes, selbsthemmendes Übertragungsglied vorgesehen sein, um ein unerwünschtes Verdrehen des Aktuators 1 1 - z.B. bei auftretenden Schwingungen - sicher zu vermeiden.

Insgesamt kann durch die Erfindung eine einfache und zuverlässige Verdrehsicherung eines Aktuators 1 1 im nicht aktivierten Zustand bereitgestellt werden, welche insbesondere ohne eigens anzusteuernde Betäti- gungsvorrichtung auskommt. Bezugszeichenliste

1 1 Aktuator

13 Antriebselement

15 Abtriebselement

17 Übertragungselement

18 Steckverzahnung

19 Außenkonus

20 Innenkonus

21 Bremsring

22 eingangsseitige Stirnfläche

23 ausgangsseitige Stirnfläche

25 Schulter

27 Feder

29 Kugelrampe des Übertragungselements 31 Kugelrampe des Antriebselements 33 Kugel

35 Anschlag

37 Scheitelpunkt

R Rotationsachse