Aktuatoren werden für die Automatisierung der verschiedensten Anlagen und Vorrichtungen verwendet, insbesondere auch für die Schaltung von Ge- trieben, für die Betätigung steuerbarer Kupplungen, etwa in Kraftfahrzeugen, und in diesen auch für Fensterheber, Sitzverstellungen oder dergleichen. Bei allen diesen Anwendungen ist auch bei vollzogener Schaltung beziehungs- weise Einstellung die geschaltete Position/Einstellung zu halten.

Dazu gibt es prinzipiell drei Möglichkeiten : Primo : Der Übertragungsme- chanismus ist selbsthemmend, etwa ein hoch übersetztes Schneckengetriebe.

Das aber verschlechtert den Wirkungsgrad erheblich und erfordert einen leis- tungsstärkeren, größeren, Motor. Sekundo : Der Motor bleibt auch in der je- weiligen Stellung unter Strom, einem Haltestrom. Der ist zwar kleiner, führt über längere Zeit aber zu erhöhter thermischer Belastung des Motors und braucht Energie. Ausserdem muss er sehr genau eingestellt sein. Tertio : Eine zusätzliche Bremse, die den Bauaufwand beträchtlich erhöht und eigens an- gesteuert werden muss. Alle drei Möglichkeiten sind unbefriedigend, unab- hängig davon, von welcher Art oder der Bauweise der Stellmotor ist.

So werden als Stellmotor auch Gleichstrommotoren eingesetzt, die aus ei- nem ersten Teil mit einer Anzahl am Umfang verteilter Permanentmagneten und aus einem zweiten Teil bestehen, der Polzähne mit Wicklungen auf- weist, die mit kommutiertem Strom gespeist werden. Dabei ist Gleichstrom- motor im weiteren Sinn zu verstehen, er kann ein konventioneller Gleich- strommotor mit Bürsten oder ein bürstenloser Gleichstrommotor (="brush- less DC") sein. Bei letzterem erfolgt die Kommutation durch eine geeignete Speiseschaltung auf elektronischem Wege. Der erste Teil kann sowohl der Rotor als auch der Stator sein und hat zweckmäßigerweise mindestens zwei am Umfang verteilte Permanentmagneten. Der zweite Teil kann sowohl der Stator als auch der Rotor sein, wobei der Rotor innerhalb oder ausserhalb des Stators sein kann. Auch kann der erste oder zweite Teil als Scheibe ausge- führt sein, der Motor ist dann ein sogenannter Scheibenläufer. Oft aber ist der erste Teil mit den Permanentmagneten der Stator und der zweite Teil der innenliegende zylindrische Rotor. Anzumerken ist, dass es sich hier nicht um Schrittmotoren handelt, die um eine bestimmte Anzahl Schritte von definier- tem Winkel weiterschalten und dazu bestromt werden müssen.

Es ist Ziel der Erfindung, einen Aktuator vorzuschlagen, der in möglichst einfacher Weise das Halten einer angefahrenen Stellung ohne die obigen

Nachteile erlaubt. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass der erste Teil (das ist der mit den Permanentmagneten) über seinen Umfang abwech- selnd erste Zonen kleiner magnetischer Feldstärke und zweite Zonen hoher magnetischer Feldstärke aufweist, wobei der Umfangswinkel der zweiten Zonen im Wesentlichen (das heisst ungefähr) gleich dem Umfangswinkel der Polzähne des zweiten Teiles ist, und wobei weiters die Anzahl der gleichmä- ßig am Umfang verteilten Polzähne so gewählt ist, dass immer alle zweiten Zonen gleichzeitig von einem Polzahn passiert werden, sodass bei Durch- drehen des Motors in unbestromtem Zustand zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ein pulsierendes Drehmoment ausgeübt wird. In den Posi- tionen, in denen dieses Drehmoment ein Minimum ist, in den sogenannten "Rastpositionen", wirkt ein Haltemoment, das den drehbaren Teil des Motors zu halten bestrebt und geeignet ist.

Durch die erfindungsgemäßen Massnahmen wird das Gegenteil von dem er- reicht, was man normalerweise anstrebt, nämlich das Bremsmoment im stromlosen Zustand (=cogging torque) zu verringern. Durch die ersten Zonen zwischen den Permanentmagneten wird die Reluktanz des Motors im strom- losen Zustand winkelabhängig vergrößert. Die Reluktanz liefert dann in den Rastpositionen-deren Lage und Anzahl von der Anordnung von Perma- nentmagneten und Polzähnen abhängt-ohne Bestromung das Haltemoment, das durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besonders stark wird. Es wird so stark, dass es in Verbindung mit einem reibungsbehafteten Übertragungs- mechanismus ausreicht, um angefahrene Positionen des Stellgliedes zu hal- ten, selbst wenn das Nennmoment des Aktuators am Abtrieb des Übertra- gungsmechanismus anliegt. Zu betonen ist, dass der Stellmotor selbst nicht (wie ein Schrittmotor) in einer genau definierten Lage stehen bleibt, sondern in der der jeweiligen Position nächstliegenden durch das permanente Mag- netfeld bestimmten Rastposition.

Der Übertragungsmechanismus kann ein nicht selbsthemmendes Getriebe sein. Die dann geringere Reibung und die Übersetzung reichen im Verbund mit der erfindungsgemäß erhöhten Reluktanz zum Halten der Position aus.

Im Stellbetrieb (also bestromt) überwindet der Stellmotor mit Hilfe seiner Wicklung die von der Reluktanz ausgeübte Bremswirkung und führt die ge- wünschte Stellbewegung mit seiner normalen Geschwindigkeit aus.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können auf verschiedene Weise umge- setzt werden : In einer ersten Ausführungsform werden die ersten Zonen kleiner magnetischer Feldstärke und die zweiten Zonen hoher magnetischer Feldstärke durch über den Umfang variable Aufmagnetisierung des (der) Permanentmagneten erzeugt (Anspruch 2). Diese besonders einfache und billige Bauweise eignet sich besonders für kleine Stellmotoren und Massen- fertigung.

In einer zweiten Ausführungsform werden zumindest einige der ersten Zo- nen kleiner magnetischer Feldstärke durch Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten gebildet (Anspruch 3). Dabei sind die Polzähne gleichmäßig über den Umfang verteilt und in der Zahl und Anord- nung der Permanentmagneten besteht eine gewisse Gestaltungsfreiheit.

In einer dritten Ausführungsform werden zumindest einige der ersten Zonen kleiner magnetischer Feldstärke durch Vergrößerung des Luftspaltes in radi- aler Richtung in zumindest einzelnen Permanentmagneten geschaffen, deren Umfangswinkel ein Mehrfaches des Umfangswinkels der Polzähne ist (An- spruch 4). So wird eine kleinere Anzahl an Permanentmagneten gebraucht, die dafür mehreren Polzähnen zugeordnet sind. Die Vergrößerung des Luft-

spaltes in radialer Richtung kann in verschiedener Weise erreicht werden, vorzugsweise durch in die Permanentmagneten eingearbeitete Nuten.

Zur Maximierung der erfindungsgemäßen Reluktanzbremsung bestreichen zumindest einige der ersten Zonen kleiner magnetischer Feldstärke ungefähr denselben Umfangswinkel wie die Zwischenräume in Umfangsrichtung zwi- schen den Polzähnen (Anspruch 5) und liegt dieser Umfangswinkel in dem Bereich zwischen 0,2 und 0,3 mal dem Umfangswinkel der Polzähne (An- spruch 6). Dadurch kommen die Feldlinien des durch die Permanentmagne- ten aufgespannten Magnetfeldes so zu liegen, dass ihre Bremswirkung be- sonders groß ist.

In ähnlicher Weise wirkt auch eine weitere Maßnahme zur Maximierung der Reluktanzbremsung. Sie besteht darin, dass die Dicke der Spitzen der Pol- zähne in radialer Richtung kleiner als der Abstand der Spitzen zweier be- nachbarter Polzähne ist (Anspruch 7). Die Spitzen der Polzähne sind im Querschnitt die Zwischenräume zwischen den Polzähnen in Umfangsrich- tung begrenzenden Enden. Wenn diese dünn sind, werden durch das perma- nente Magnetfeld nur kleine Wirbelströme und Randströme induziert.

Eine besonders einfache und vom Konventionellen am wenigsten abwei- chende Bauweise besteht darin, dass der erste Teil der Stator und der zweite Teil der innenliegende Rotor ist (Anspruch 8). Eine besonders vorteilhafte und wartungsfreie Bauweise ist bei elektronischer Ansteuerung des Motors möglich. Mit einer solchen Ansteuerung kann die Kommutation auf elektro- nischem Weg bewerkstelligt werden. In dieser Bauweise ist der zweite Teil der Stator und der erste Teil der innenliegende Rotor. Das ist ohne Mehrauf- wand an Hardware möglich, wenn eine elektronische Ansteuerung sowieso vorhanden ist.

Die Erfindung betrifft auch eine steuerbare Reibungskupplung mit einem Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 (Anspruch 10). Bei Reibungs- kupplungen sind die eingangs erwähnten Nachteile der bekannten Aktuato- ren gravierend und das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist beson- ders groß. Bei Mehrscheibenkupplungen im Antriebsstrang eines Kraftfahr- zeuges ist obendrein in bestimmten Fahrsituationen (Bremsen mit ABS) ein sehr schnelles Ansprechen geboten. Es hat sich gezeigt, dass der erfindungs- gemäße Aktuator die Kupplung durch sein schnelles Ansprechen bei ent- sprechender Bestromung schnell öffnet und trotzdem auch tatsächlich gegen die Wirkung der Kupplungsfeder (n) hält.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer solchen Kupplung ist der Übertragungsmechanismus ein Zahnradgetriebe und das Stellglied besteht aus zwei relativ zueinander verdrehbaren Rampenringen, wobei je nach Anordnung zumindest einer verdrehbar ist (Anspruch 11). Ein solches Stellglied ist besonders reibungsarm und feinfühlig und der Aktuator kann dank der erfindungsgemäßen Gestaltung sehr schnell und mit geringer Träg- heit reagieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar : Fig. 1 : Schema einer Kupplung mit einem Erfindungsgegenstand, Fig. 2 : Querschnitt nach AB in Fig. 1 eines erfindungsgemäßen Stell- motors in einer ersten Ausführungsform, Fig. 3 : wie Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 : wie Fig. 2 in einer dritten Ausführungsform, Fig. 5 : wie Fig. 2 in einer vierten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist der Aktuator summarisch mit 1 und die Kupplung mit 2 be- zeichnet. Der Aktuator setzt sich aus einem von einem Steuergerät 3 ange- steuerten Stellmotor 4, einem Übertragungsmechanismus 5 und einem Stell- glied 6 zusammen, mittels welchem an der Kupplung 2 eine bestimmte An- presskraft beziehungsweise ein bestimmtes zu übertragendes Drehmoment eingestellt wird. Das von der Kupplung 2 zu übertragende Drehmoment wird vom Steuergerät 3 aus fahrdynamischen oder anderen Größen ermittelt, und über die Stromzufuhr zum Stellmotor 4 entsprechend eingestellt.

Die Kupplung 2 selbst, eine Lamellen-oder Mehrscheibenkupplung, ist nur schematisch dargestellt, weil von der üblichen Bauweise. Sie besteht aus ei- nem Primärteil 10 mit Primärwelle und Primärlamellen und aus einem Se- kundärteil 11 mit einem Sekundärteil und Sekundärlamellen. Die Lamellen beider Teile 10, 11 sind mittels einer Andruckplatte 12 zusammenpressbar, auf die ein Stellglied 6 wirkt. Das Stellglied 6 besteht aus einem ersten Ram- penring 13 und einem zweiten Rampenring 14 mit dazwischen liegenden Kugeln 15. Mit 16,17 sind Drucklager angedeutet, die die Rampenringe ge- genüber nicht oder mit anderer Drehzahl umlaufenden Teilen abstützen.

Derartige Stellglieder sind ebenfalls an sich bekannt und allgemein üblich.

Einer der beiden Rampenringe, hier der Ring 13, wird von einem Ritzel 18 in Drehung versetzt, welches den Abtrieb des Getriebes 5 bildet. Das Getriebe 5 ist ein Untersetzungsgetriebe, beispielsweise ein Stirnradgetriebe oder ein Wellengetriebe ("Harmonic drive") oder ein Schneckengetriebe, welches dank der Erfindung nicht selbsthemmend zu sein braucht. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Übertragungsmechanismen und andere Stellglie- der einsetzbar, die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnten etwa beide Rampenringe 13,14 über einen Verdreh-

nocken und Scherenhebel (beides nicht dargestellt) betätigt werden. Über- haupt können anstelle der Rampenringe auch andere Mechanismen verwen- det werden.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Stellmotors 4 im Detail. Er be- steht aus einem Stator 20 und einem Rotor 25. Der Stator 20 ist hier als Per- manentmagnet in Form eines rundum geschlossenen Hohlzylinders ausgebil- det, auf dem erste Zonen kleiner magnetischer Feldstärke 21 sich mit zwei- ten Zonen großer magnetischer Feldstärke 22 abwechseln. Deren Polung ist mit den Buchstaben N und S in der Zeichnung angegeben. Die ersten Zonen 21 des Stators 20 bestreichen jeweils einen Umfangswinkel 23, die dazwi- schenliegenden zweiten Zonen einen Umfangswinkel 23'. Der Rotor 25 be- sitzt hier sechs Polzähne 27 mit Wicklung 26. Die Form der Polzähne 27 ist anhand der Fig. 3 näher beschrieben. Der Umfangswinkel der Polzähne 27 ist mit 28 bezeichnet, der der Zwischenräume zwischen den Polzähnen mit 28'. Da es sich um einen Gleichstrommotor handelt, erfolgt die Stromzufuhr zum Rotor 25 über einen Kommutator 29.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von der vorhergehenden nur in der Ausbildung des Stators, der Rest ist wie anhand der Fig. 2 be- schrieben. Der Stator 30 ist hier mit zwei Paaren von Permanentmagneten 31 bestückt ; deren Polung eingezeichnet ist. Es könnte aber noch ein weiteres Paar 31', strichliert, vorgesehen sein. Zwischen den Permanentmagneten 31 sind Zwischenräume 32. Der Umfangswinkel der Permanentmagneten 31 ist mit 33 bezeichnet, der Umfangswinkel der Zwischenräume 32 mit 33'. Der Rotor 35 mit Wicklung 36 und Polzähnen 37 ist wie in Fig. 2. Der Um- fangswinkel der Polzähne 37 ist mit 38 bezeichnet und der der Zwischen- räume 32 mit 38'. Die Spitzen 39 der Polzähne, das sind die an die Zwi-

schenräume zwischen den Polen anschließenden Enden, sind in radialer Richtung möglichst dünn.

Die Ausführungsform der Fig. 4 unterscheidet sich von der der Fig. 3 nur dadurch, dass anstelle von zwei Permanentmagneten 31 mit Zwischenraum 32 ein einziger Permanentmagnet 40 mit einer Nut 42 vorgesehen ist. Diese Nuten 42 sind eine Möglichkeit, eine Zone vergrößerter Spaltweite zu schaf- fen. Unter Spalt ist hier der mit 42'bezeichnete Luftspalt zu verstehen, der, von einem Polzahn des sich drehenden Rotors aus betrachtet, bei Passieren der Nuten 42 größer wird. Alles andere ist gleich, die Bezugszeichen sind die der Fig. 3, um 10 erhöht.

In der Ausführungsform der Fig. 5 sind die Verhältnisse umgekehrt. Hier ist es nicht der Stator, sondern der Rotor 50, der den ersten Teil des Motors mit dem bzw. den Permanentmagneten bildet. Die ersten Zonen kleiner magneti- scher Feldstärke 51 und die zweiten Zonen großer magnetischer Feldstärke 52 sind hier am Rotor 50 ausgebildet. Dazu bestehen wieder die anhand der vorhergehenden Figuren beschriebenen Möglichkeiten ; eingezeichnet ist nur die der Fig. 3 entsprechende. Diese Zonen 51,52 nehmen Umfangswinkel 53, 53'ein. Hier ist es daher der Stator 55, der Wicklungen 56 aufnimmt und Polschuhe 57 (entsprechend den Polzähnen der vorhergehenden Ausfüh- rungsbeispiele) besitzt. Die Umfangswinkel der Polschuhe 57 und der Zwi- schenräume 59 sind mit 58 bzw. 58'bezeichnet. Dadurch, dass die Wicklun- gen 56 im Stator sind und daher nicht über einen"mechanischen Kommuta- tor"gespeist werden, muss den Wicklungen 56,56'und gegebenenfalls vor- handenen weiteren Wicklungen der Erregerstrom in bereits kommutierter Form zugeführt werden. Diese"elektronische Kommutation"erfolgt im Steuergerät 3. Dabei ist das Steuergerät 3 hier nur summarisch gemeint, es kann verschiedene Funktionen in sich vereinen.

Insgesamt wird durch die beschriebenen Anordnungen erreicht, dass der stromlose Stellmotor in der in den Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellten Stellung stehenbleibt und dort nur durch die Wirkung der Permanentmagneten gegen eine gewisse Kraft festgehalten wird. Da bei allen gezeigten Ausführungs- beispielen des Stellmotors dreizählige Symmetrie herrscht, entsprechen der dargestellten Position genau genommen sechs verschiedene Positionen.