Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rücklaufbremse für einen Aktuator, insbesondere einen elektromechanischen Aktuator sowie einen Aktuator mit einer solchen Rücklaufbremse.

Stand der Technik

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.

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

2 (Außendur chmesser ³ -Innendurchmesser ³ ) mittlerer Reibdurchmesser = - x

3 (Außendurchmesser ² -Innendurchmesser 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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Insbesondere kann der Aktuator dazu eingerichtet sein, in einem Fahrzeug, weiter insbesondere in einem Fahrwerk eines Fahrzeugs eingesetzt zu werden.

Detailbeschreibung anhand Zeichnung

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Rücklaufbremse gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2A und 2B schematische Darstellungen eines Rampenritzels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen einer Rampenmuffe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4A und 4B schematische Darstellungen eines Rampenritzels gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht

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 einer

Betätigungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen eines Lamellenträgers einer Kupplungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Lamellenträgers mit Lamellen einer

Kupplungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Aktuators gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht,

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),

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),

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,

Fig. 13 eine schematische Schnittdarstellung eines Aktuators mit schwimmend gelagerter Rücklaufbremse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 vorhandenen

Endanschlagsfinger, in axialer Richtung A einen reduzierten Bauraum aufweist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bezugszeichenliste

1 Rücklaufbremse

2 Kupplungseinheit

3 Federeinheit

4 Betätigungseinheit

5 Lamellenkupplung

6 Lamellenpaket

7 innere Lamellenscheibe

8 äußere Lamellenscheibe

9 Lamellenträger

10 Lamellenkorb

11 Gehäuse

12 Abtriebswelle

13 Abtriebseinheit

14 Drucktopf

15 Gegendruckplatte

16 Abtriebsseite

17 Antriebsseite

18 Tellerfeder

19 Rampenritzel

20 Rampenmuffe

21 Steckverzahnung

22 Betätigungsfinger

23 Öffnung

24 Steckverzahnung

25 Antriebswelle

26 Antriebseinheit

27 erste Rampengeometrie

28 rampenartige Führungsfläche

29 Endanschlagsfinger

30 Ausnehmung

31 zweite Rampengeometrie

32 rampenartige Führungsfläche

33 Rampenausführung

34 Ausnehmung/Vertiefung

35 Aktuator 36 abtriebsseitiger Unterzusammenbau

37 antriebsseitiger Unterzusammenbau

38 erstes Gehäuseteil

39 Schneckenwelle 40 Wälzlager

41 Wälzlager

42 zweites Gehäuseteil

43 Positionserfassungseinheit

44 Schraube 45 Elektromotor

46 Endanschlagsfinger

47 Lagerung

A axiale Richtung P1 Pfeil

P2 Pfeil

P3 Pfeil

P4 Pfeil