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DE102012025096B4 - Antriebseinheit mit Energiespeichereinrichtung - Google Patents

Antriebseinheit mit Energiespeichereinrichtung Download PDF

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DE102012025096B4
DE102012025096B4 DE102012025096.7A DE102012025096A DE102012025096B4 DE 102012025096 B4 DE102012025096 B4 DE 102012025096B4 DE 102012025096 A DE102012025096 A DE 102012025096A DE 102012025096 B4 DE102012025096 B4 DE 102012025096B4
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Ullrich Kreiensen
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H33/00Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels

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Abstract

Antriebseinheit zum Erzeugen einer Drehbewegung einer Antriebswelle (5), wobei die Antriebseinheit umfasst:eine Umlaufgetriebeeinrichtung mit wenigstens drei Rädern (6, 7, 8a, 8b), wobei ein erstes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung mit der Antriebswelle (5) eines Elektromotors (1) zusammenwirkt und ein zweites Rad derUmlaufgetriebeeinrichtung direkt oder indirekt Kraft auf eine Abtriebswelle (11,11') überträgt, undeinen Energiespeicher (12a, 12b) zum Speichern von potentieller Energie, der die Energie auf ein drittes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung überträgt, wobei die Umlaufgetriebeeinrichtung eine Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) zum Fixieren des dritten Rades umfasst, wobei die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) das dritte Rad zum Aufladen des Energiespeichers (12a, 12b) freigibt, und wobeidie Antriebseinheit eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer Zustandsgröße der Antriebseinheit umfasst und die Sensoreinrichtung mit der Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) gekoppelt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) das dritte Rad zum Laden des Energiespeichers (12a, 12b) freigibt, wenn die Zustandsgröße einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschritten hat,dadurch gekennzeichnet, dassdie Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens der momentanen Motorlast über den vorgegebenen Wert eingerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit und insbesondere einen Getriebemotor mit einem Umlaufgetriebe zum Übertragen einer Kraft von einem Antrieb auf eine Last nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Antriebseinheiten in Form von Getriebemotoren an sich sind bekannt. Ein Getriebemotor umfasst in der Regel einen Motor und ein Getriebe. Der Motor ist üblicherweise ein Elektromotor. Das Getriebe dient dazu, die Drehzahl und das Drehmoment des Motors für die Anwendung, für die der Getriebemotor gedacht ist, zu optimieren. In der Regel bilden der Elektromotor und das Getriebe eine konstruktive Einheit, d.h. das Getriebe ist im gleichen Gehäuse wie der Motor untergebracht. Der Motor kann beliebig viele Umdrehungen machen oder nur eine bzw. weniger als eine Umdrehung (schwenken). Außerdem kann der Motor selbsthemmend sein, d.h. in stromlosem Zustand blockiert der Motor, oder nicht selbsthemmend sein.
  • Im Stand der Technik ist beispielsweise aus DE 10 2004 022407 A1 ein Getriebemotor mit einer sog. Fail-Safe-Einrichtung bekannt. Der Getriebemotor besteht aus einem Gehäuse, einem Elektromotor, einem Untersetzungsgetriebe mit zumindest einem Umlaufgetriebe, einer Elektromagnetkupplung und einer Ausgangswelle, wobei das Umlaufgetriebe ein mit zumindest einem Umlaufrad getrieblich in Eingriff befindliches im Betrieb relativ zu dem Gehäuse feststehendes Hohlrad aufweist, und die Elektromagnetkupplung, einen magnetisch leitenden Magnetanker und einen magnetisch leitenden Magnetstator umfasst, in welchem eine Elektromagnetspule angeordnet ist, bei deren Bestromung das Hohlrad gegen Verdrehen gesichert ist. Das Hohlrad, das als Magnetanker dient, ist axial verschiebbar, und seine geometrische Ausrichtung ist zumindest während eines Ein- oder Ausschaltvorgangs der Elektromagnetkupplung nicht durch das Gehäuse bestimmt. Ein Nachteil des in DE 10 2004 022407 A1 beschriebenen Standes der Technik ist, dass der Getriebemotor nicht beliebig viele Umdrehungen der Abtriebswelle ermöglicht und damit in seinen Anwendungsmöglichkeiten beschränkt ist. Der dort beschriebene Getriebemotor kann auch nicht beliebige Über- und Untersetzungen im Fail-Safe-Fall realisieren, zum Beispiel durch Ausnutzen vorhandener Getriebestufen, wodurch die Anwendungsvielfalt des Getriebemotors weiter reduziert wird.
  • Ferner ist aus DE 100 46 589 A1 eine Stellvorrichtung für ein einstellbares Getriebe, insbesondere für die Bereichsvorwahl eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug, bekannt. Dabei wird die von einem ersten Stellglied erzeugte Stellbewegung durch ein Zwischengetriebe auf ein Wählelement des einstellbaren Getriebes übertragen. Das Zwischengetriebe ist zusätzlich mit einem zweiten Stellglied verbunden, um das Getriebe auch bei einem Ausfall des ersten Stellglieds einstellen zu können.
  • Eine weitere Stellvorrichtung zum Verstellen eines Lufteinlasses eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs zwischen einer ersten Position, in der der Lufteinlass im Wesentlichen geöffnet ist, und einer zweiten Position, in der der Lufteinlass im Wesentlichen geschlossen ist, ist aus der WO 2013/012337 A1 bekannt. Diese Stellvorrichtung umfasst eine Antriebseinheit zum Verstellen des Lufteinlasses zwischen mindestens der ersten Position und der zweiten Position, wobei die Antriebseinheit ein Verbundantriebssystem umfasst.
  • Ein Nachteil bei dem bisherigen Stand der Technik besteht im Allgemeinen darin, dass bei Ausfall des Elektromotors die auf die Last wirkende Kraft schlagartig abfällt. Dies kann bei bestimmten Anwendungsfällen nachteilig sein.
  • Wünschenswert wäre es daher, die Krafteinwirkung bzw. die Bewegung auch bei Ausfall des Stromnetzes wenigstens für eine kurze Zeit noch aufrechterhalten zu können, beziehungsweise zu initiieren und auszuführen, um insbesondere eine Fail-Safe-Position einnehmen zu können.
  • Ein weiterer Nachteil bei dem bisherigen Stand der Technik ist durch das Vorhandensein beweglicher Teile gegeben, insbesondere bei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, da solche Konstruktionen fehleranfällig sind. Ferner ist es im bisherigen Stand der Technik notwendig, dass der Elektromotor gegen die Kraft einer Fail-Safe-Einrichtung, insbesondere gegen eine Federkraft, arbeiten muss und deshalb ein größeres Drehmoment bereitstellen muss, als für den Verstellvorgang nötig wäre. Dies kann dazu führen, dass der Elektromotor relativ viel Platz benötigt und darüber hinaus unnötig teuer ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Antriebseinheit zu schaffen, die auch bei Ausfall der Stromversorgung noch über genügend mechanische Energie verfügt, um eine vorgegebene Zeit zu überbrücken.
  • Bevorzugt soll die Antriebseinheit einen möglichst geringen Stromverbrauch sowohl während des Stellvorgangs als auch in den Ruhephasen, wenn also gerade kein Stellvorgang stattfindet, aufweisen und gleichzeitig möglichst wenig Bauraum beanspruchen. Trotzdem soll beispielsweise ein hohes Drehmoment über mehrere Umdrehungen der Abtriebswelle zur Verfügung stehen, so dass auch ein großer Widerstand überwunden werden kann und/oder ein großer Verstellweg zurückgelegt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit nach dem Gegenstand von Anspruch 1 und insbesondere durch einen Getriebemotor nach dem Gegenstand von Anspruch 16. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Danach umfasst die erfindungsgemäße Antriebseinheit zum Erzeugen einer Drehbewegung einer Antriebswelle eine Umlaufgetriebeeinrichtung mit wenigstens drei Rädern, wobei ein erstes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung mit der Antriebswelle eines Elektromotors zusammenwirkt und ein zweites Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung direkt oder indirekt Kraft auf eine Abtriebswelle überträgt, sowie einen Energiespeicher zum Speichern von potentieller Energie, der die Energie auf ein drittes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung überträgt. Ferner weist die erfindungsgemäße Antriebseinheit als folgende Merkmale auf, dass
    • - die Umlaufgetriebeeinrichtung eine Verriegelungseinrichtung zum Fixieren des dritten Rades umfasst, wobei die Verriegelungseinrichtung das dritte Rad zum Aufladen des Energiespeichers freigibt;
    • - die Antriebseinheit eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer Zustandsgröße der Antriebseinheit umfasst und die Sensoreinrichtung mit der Verriegelungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung das dritte Rad zum Laden des Energiespeichers freigibt, wenn die Zustandsgröße einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschritten hat; und
    • - die Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens der momentanen Motorlast über den vorgegebenen Wert eingerichtet ist.
  • Der Erfindung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde. Die Antriebseinheit erfüllt mehrere Funktionen, die als hintereinander ablaufende Verfahrensschritte angesehen werden können. In einer ersten Stufe lädt die Antriebseinheit, vorzugsweise mittels eines Elektromotors, einen Energiespeicher auf. In einer zweiten Stufe wird der Elektromotor von dem Energiespeicher abgekoppelt und treibt stattdessen eine mechanische Last an. Fällt der Elektromotor in einem Störfall aus, so wird für eine Zeit lang die Bewegung durch den Energiespeicher aufrechterhalten oder ein Stellvorgang beispielsweise in eine Fail-Safe-Position initiiert und ausgeführt. Es wird also die Energie im Speicher zum (vorübergehenden) Antrieb der Last genutzt. Zu diesem Zweck wird der Antrieb bei dem Störfall von dem Elektromotor auf den Energiespeicher umgeschaltet.
  • Der Betrieb der Antriebseinheit lässt sich folglich in Kopplung und Entkopplung der sog. Fail-Safe-Funktion unterteilen, nämlich in A) Ladung der Energie, B) Speicherung der Energie sowie C) Abgabe der Energie im Störfall (Fail-Safe Fall).
  • Die Betriebsstufe B) umfasst somit den Normalbetrieb des Getriebemotors, während dem im Speicher Energie vorgehalten wird, so dass im Störfall zumindest kurzzeitig eine Last angetrieben werden kann.
  • Zur technischen Realisierung dieser drei Betriebsstufen wird zwischen den Antrieb einerseits und die Last bzw. den Energiespeicher andererseits ein Überlagerungsgetriebe geschaltet, das die Antriebskraft auf die Last bzw. den Energiespeicher überträgt. Das Überlagerungsgetriebe ist ein als Umlaufgetriebe ausgeführtes Differentialgetriebe, das insbesondere in Form eines Planetengetriebes oder eines Kegelraddifferentialgetriebes aufgebaut ist. Die Aufteilung der Kraft des Elektromotors bzw. die Abfolge der Funktionen des Elektromotors wird durch das Differentialgetriebe und andere zusätzlich dafür notwendige Elemente zur Speicherung der Energie bzw. Ver- und Entriegelung derselben übernommen.
  • Die gattungsgemäße Antriebeinheit, von der die Erfindung ausgeht, umfasst einen Antrieb, vorzugsweise einen Elektromotor, zum Erzeugen einer Drehbewegung einer Antriebswelle und eine Umlaufgetriebeeinrichtung mit wenigstens drei Rädern, wobei ein erstes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung mit der Antriebswelle von dem Elektromotor zusammen wirkt und ein zweites Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung mit einer Abtriebswelle, die mit einer mechanischen Last verbunden ist zusammenwirkt. Alternativ kann die Abtriebswelle auch einstückig mit dem zweiten Rad ausgestaltet sein.
  • Die gattungsgemäße Antriebseinheit wird erfindungsgemäß weitergebildet durch einen Energiespeicher zum Speichern von potentieller Energie, der mit dem dritten Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung zusammenwirkt.
  • In der Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele wird gelegentlich von dem Begriff einer Bremseinrichtung Gebrauch gemacht, beziehungsweise von dem Abbremsen einer Getriebekomponente gesprochen. In beiden Fällen soll sowohl ein (teilweises) Abbremsen als auch ein vollständiges Stoppen abgedeckt sein. Ebenso wird die Antriebseinheit im Folgenden der Einfachheit wegen anhand eines Getriebemotors beschrieben, ohne dass die Antriebseinheit auf einen solchen eingeschränkt sein soll.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit weisen als eines oder, soweit technisch möglich und sinnvoll, als mehrere der folgenden Merkmale auf, dass
    • - die Antriebseinheit eine Bremseinrichtung zum Abbremsen oder Stoppen des zweiten Rades umfasst, so dass beim Abbremsen oder Stoppen des zweiten Rades das dritte Rad von dem Elektromotor angetrieben wird, um den Energiespeicher aufzuladen;
    • - die Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens eines Positionswertes über den vorgegebenen Wert eingerichtet ist;
    • - die Verriegelungseinrichtung das dritte Rad freigibt, wenn sie stromlos ist (Fail-Safe);
    • - die Verriegelungseinrichtung mit einem Drehzahlsensor verbunden ist (zum Beispiel über eine Schalteinrichtung) und das dritte Rad freigibt, wenn die Drehzahl des Motors unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt (Fail-Safe);
    • - der Energiespeicher eine Federeinrichtung umfasst, die durch den Elektromotor gespannt wird;
    • - die Federeinrichtung eine Spiralfeder umfasst;
    • - das Umlaufgetriebe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, wenigstens einem Planetenrad und einem Hohlrad umfasst;
    • - das erste Rad das Sonnenrad ist, das zweite Rad ein Planetenrad und das dritte Rad das Hohlrad ist;
    • - die Abtriebswelle über den Planetenradträger mit dem mindestens einen Planetenrad zusammenwirkt, der Energiespeicher mit dem Hohlrad zusammenwirkt und das Sonnenrad mit der Antriebswelle zusammenwirkt;
    • - das erste und das zweite Rad als Stirnräder ausgeführt sind und
    • - das Umlaufgetriebe ein selbsthemmendes Schneckengetriebe umfasst, das zwischen dem Elektromotor und dem Planetengetriebe angeordnet ist.
  • Die Antriebseinheit mit einem oder mehreren der vorangehenden Merkmale wird vorzugsweise in einem Getriebemotor eingesetzt. Dabei weisen bevorzugte Ausführungsformen insbesondere als eines oder, soweit technisch möglich und sinnvoll, als mehrere der folgenden Merkmale auf, dass
    • - die Umlaufgetriebeeinrichtung des Getriebemotors eine Verriegelungseinrichtung zum Fixieren des dritten Rades umfasst, wobei die Verriegelungseinrichtung zum Aufladen des Energiespeichers geöffnet wird;
    • - die Antriebseinheit eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des zweiten Rades umfasst, so dass das mit dem Energiespeicher zusammenwirkende oder mit dem Energiespeicher einstückig ausgeformte dritte Rad von dem Elektromotor angetrieben wird;
    • - der Getriebemotor eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer Zustandsgröße des Getriebemotors umfasst und die Sensoreinrichtung mit der Verriegelungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung geöffnet wird, wenn die Zustandsgröße einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschritten hat;
    • - die Sensoreinrichtung des Getriebemotors zum Erfassen des Überschreitens einer Zustandsgröße des Getriebemotors (zum Beispiel der momentanen Motorlast) über den vorgegebenen Schwellwert eingerichtet ist;
    • - die Sensoreinrichtung des Getriebemotors Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens eines Positionswertes über den vorgegebenen Schwellwert eingerichtet ist;
    • - der Getriebemotor eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer momentanen Motorlast, eine Bremseinrichtung zum Abbremsen des zweiten Rades, so dass das mit dem Energiespeicher verbundene dritte Rad von dem Elektromotor angetrieben wird, bis die Motorlast einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und eine Verriegelungseinrichtung zum Fixieren des dritten Rades umfasst, so dass das zweite Rad angetrieben wird, nachdem die Motorlast den vorgegebenen Schwellenwert überschritten hatte;
    • - der Getriebemotor eine Bremseinrichtung umfasst zum Abbremsen des zweiten Rades über eine vorgegebene Abbremszeitspanne, so dass über die vorgegebene Abbremszeitspanne das mit dem Energiespeicher verbundene dritte Rad von dem Elektromotor angetrieben wird, und eine Verriegelungseinrichtung zum Fixieren des dritten Rades nach Ablauf der vorgegebenen Abbremszeitspanne, so dass nach der Abbremszeitspanne das zweite Rad angetrieben wird;
    • - bei dem Getriebemotor das erste Rad das Sonnenrad ist, das zweite Rad ein Planetenrad und das dritte Rad das Hohlrad ist, so dass die Abtriebswelle mit dem mindestens einen Planetenrad zusammenwirkt, der Energiespeicher mit dem Hohlrad zusammenwirkt oder einstückig ausgeformt ist und das Sonnenrad mit der Antriebswelle zusammenwirkt;
    • - bei dem Getriebemotor die Abtriebswelle über den Planetenradträger mit dem mindestens einen Planetenrad zusammenwirkt.
    • - bei dem Getriebemotor das Planetengetriebe ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad und dem wenigstens einen Planetenrad von 1 aufweist und ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem wenigstens einen Planetenrad und dem Hohlrad von 1 aufweist;
    • - bei dem Getriebemotor das erste und das zweite Rad als Stirnräder ausgeführt sind;
    • - bei dem Getriebemotor die Räder als Kegelräder und insbesondere als Kegelzahnräder ausgeführt sind.
  • In den verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Rad jeweils mit der Abtriebswelle zusammenwirken oder einstückig mit dieser ausgeformt sein. Ebenso kann das dritte Rad mit dem Energiespeicher zusammenwirken oder einstückig mit diesem ausgeformt sein.
  • Das erfindungsgemäße Anschlussgetriebe hat u.a. den Vorteil, dass es die Krafteinwirkung auf die Last automatisch aufrechterhält oder einen Verstellvorgang beispielsweise in eine Fail-Safe-Position initiiert und/oder ausführt, ohne dass es eines Eingriffs durch Bedienungspersonal bedarf.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäße Anschlussgetriebes ist dadurch gegeben, dass zum Umstellen zwischen den drei Betriebsstufen, abgesehen von drehbaren Teilen und dem Verriegelungsmechanismus, keine beweglichen und damit fehleranfällige Komponenten nötig sind.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
    • 1 zeigt den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit in perspektivischer Darstellung.
    • 2 zeigt die Ausführungsform nach 1 in einer Draufsicht.
    • 3 zeigt die Ausführungsform nach 1 in einer Seitenansicht.
    • 4 zeigt die Ausführungsform nach 1 in einer Draufsicht.
    • 5 zeigt eine Schnittansicht der Ausführungsform nach 1 entlang der Schnittlinie A-A.
    • 6 zeigt eine Schnittansicht der Ausführungsform nach 1 entlang der Schnittlinie B-B.
    • 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer Draufsicht.
    • 8 zeigt die in 7 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer weiteren Draufsicht.
    • 9 zeigt eine Schnittansicht der in der 7 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit entlang der Schnittlinie A-A.
    • 10 zeigt eine Schnittansicht der in der 7 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit entlang der Schnittlinie B-B.
    • 11 zeigt die in 7 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer perspektivischen Darstelllung.
    • 12 zeigt die in 7 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer Explosionszeichnung.
  • Die Darstellung in den perspektivischen und in den explodierten Zeichnungen ist nicht maßstäblich. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes gesagt ist.
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit in Form eines Getriebemotors. Der Getriebemotor umfasst einen Elektromotor 1, der elektrische Energie in mechanische Bewegungsenergie umwandelt. Die Bewegung ist dabei die Drehung einer Motorwelle 2 des Motors 1. Die Drehbewegung der Antriebwelle 2 des Motors 1 wird über ein mit einer Schnecke 3 kämmendes Umlenkrad, das als Schneckenrad 4a ausgebildet ist, auf eine Welle 5 eines Umlaufrädergetriebes übertragen. Über das Umlaufrädergetriebe kann die Drehzahl und das Drehmoment des Getriebemotors für die jeweilige Anwendung optimiert werden.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Getriebemotors wird die Drehbewegung der Antriebswelle 5 von einem Planetengetriebe übersetzt. Das Planetengetriebe ist eine bevorzugte Form eines Umlaufrädergetriebes und umfasst ein Sonnenrad 6 (siehe auch 5 und 6), das fest auf der Antriebswelle 5 aufsitzt. Das Sonnenrad 6 überträgt die Drehbewegung der Antriebswelle 5 auf wenigstens ein Planetenrad 7. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Planetengetriebe drei Planetenräder 7, so dass eine größere mechanische Stabilität für das Planetengetriebe erreicht wird. Die Planetenräder 7 treiben ein Hohlrad 8a mit einem Innenzahnkranz an. Gleichzeitig treiben die Planetenräder 7 über einen Zwischenmechanismus eine Abtriebsscheibe bzw. ein Abtriebsrad 11 a und damit eine Abtriebswelle 11 an, mit der dann eine (nicht dargestellte) Last bewegt werden kann. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Abtriebsrad 11 a ein Stirnrad und einstückig mit der Abtriebswelle 11 ausgebildet. Der Abtrieb kann auch direkt über den Planetenradträger 9a erfolgen. Dazu kann die Abtriebswelle 11 auch einteilig mit dem Planetenradträger 9a ausgeformt sein und auf zwischengeschaltete Getriebestufen verzichtet werden.
  • Das Hohlrad 8a treibt über seinen Außenzahnkranz einen Energiespeicher 12a an. Der Energiespeicher 12a dient dazu, Bewegungsenergie von dem Elektromotor 1 aufzunehmen und zwischenzuspeichern. Im Bedarfsfall kann diese zwischengespeicherte Bewegungsenergie abgerufen werden. Der Energiespeicher 12a ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen durch eine Feder gegeben, die durch den Elektromotor 1 gespannt wird. Alternativ kann der Energiespeicher direkt am Hohlrad 12a angebracht sein. Den Energiespeicher mit einem zusätzlichen Zahnrad zu kombinieren hat jedoch den Vorteil, dass ein gewünschtes Über- oder Untersetzungsverhältnis einfach realisiert werden kann
  • Nachdem der Energiespeicher 12a aufgeladen wurde, kann das Hohlrad 8a durch einen Verriegelungsmechanismus in einer vorgegebenen Stellung arretiert werden, um den Energiespeicher von der weiteren Kinematik abzukoppeln. Dazu ist das Hohlrad 8a fest mit einem Verriegelungsring 14 verbunden, der sich mit dem Hohlrad 8a mitbewegt. In diesen Verriegelungsring 14 greift an einer vorgegebenen Position ein Verriegelungsstift 13 ein und hält den Verriegelungsring 14 und damit auch das Hohlrad 8a in der dann erreichten Drehstellung fest. Der Verriegelungsstift 13 wird durch einen Verriegelungsaktor 15 betätigt, der zum Beispiel einen Elektromagneten umfasst. Dabei wird die Verriegelung durch den Elektromagneten im bestromten Zustand geschlossen, während sie im unbestromten Zustand des Elektromagneten mit Hilfe einer Rückstellfeder 24a gelöst wird. Im Beispiel ist der Verriegelungsring 14 einteilig mit dem Hohlrad 8a ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen kann der Verriegelungsmechanismus auch indirekt das Hohlrad 8a arretieren, zum Beispiel indem der Energiespeicher arretiert wird, so dass über dessen Außenverzahnung das Hohlrad festgehalten wird.
  • Die Ausführungsform nach 1 ist in einer Draufsicht in 2 dargestellt. Der Motor 1 treibt über seine Antriebswelle 2 mit der Schnecke 3 das Schneckenrad 4a an, welches die Drehbewegung auf die Antriebswelle 5 des Planetengetriebes überträgt. Drehbar auf der Antriebswelle 5 sitzt ein Zahnrad 10a, welches über einen mit dem Zahnrad 10a einteilig ausgebildeten Planetenradträger 9a fest mit den Drehachsen der drei Planetenrädern 7 in dem Getriebe verbunden ist, so dass die an dem Innenzahnkranz des Hohlrades 8a umlaufende gemeinsame Bewegung der drei Planetenräder 7 auf das Zahnrad 10a übertragen wird. Das Zahnrad 10a stellt so die Verbindung der Planetenräder 7 zu Abtriebsrad bzw. Abtriebsscheibe 11a und der Abtriebswelle 11 her, auf deren einem Ende sich ein schematisch dargestelltes Lager 29 befindet. Die Abtriebswelle 11 sowie die Antriebswelle 5 des Getriebes wie auch die Welle des Energiespeichers 12a werden in der Darstellung in 1 von einer mit „GP“ bezeichneten Grundplatte links in der 1 gehalten. Der Energiespeicher 12a wird durch den Außenzahnkranz des Hohlrades 8a angetrieben und kann durch den Verriegelungsstift 13 durch Zusammenwirken mit dem Verriegelungsring 14 arretiert werden. Betätigt wird der Verriegelungsstift 13 durch den Verriegelungsaktor 15a.
  • Der Getriebemotor nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in 3 in einer Seitenansicht dargestellt, in der insbesondere der Eingriff der Schnecke 3 in das Schneckenrad 4a gut ersichtlich ist. Desweiteren ist in der Draufsicht nach 4 das Zusammenspiel des Verriegelungsmechanismus zwischen dem auf dem Hohlrad 8a angebrachten, oder mit diesem einteilig ausgestalteten, Verriegelungsring 14 und dem Verriegelungsstift 13 des Verriegelungsaktors 15a zu erkennen. Das Sonnenrad 6 ist in dieser Darstellung ebenfalls nicht sichtbar, sondern durch das Sonnenradlager verdeckt. In den Schnitten der 5 und 6 ist nun auch das Sonnenrad 6 zu sehen, das drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Ebenso ist in diesen Figuren die Verzahnung zwischen dem Energiespeicher 12a und dem Hohlrad 8a ersichtlich. In 5 ist auch gut zu erkennen, wie der Planetenradträger 9a in Kontakt mit dem Abtriebsrad 11a steht, so dass die Außenverzahnung des Planetenträgers 9a mit der Verzahnung des Abtriebsrades 11a kämmt. Von dem Motor 1 wird über die Antriebswelle 2 des Motors eine Schnecke 3 angetrieben, deren Drehbewegung von einem Schneckenrad 4a aufgenommen wird und auf die Antriebswelle 5 des Getriebes übertragen wird. Wie oben erläutert wird die (nicht dargestellte) Last durch das über die Planetenräder 7 gedrehte Abtriebsrad 11a und die damit verbundene Abtriebswelle 11 bewegt. Durch das Hohlrad 8a wird der Energiespeicher 12a aufgeladen. Der Energiespeicher 12a umfasst in der dargestellten Ausführungsform eine als Spiralfeder ausgeführte Federeinrichtung 16. Die Federeinrichtung 16 wird von dem Motor 1 mit potentieller Energie aufgeladen. Dazu umfasst der Getriebemotor eine (nicht dargestellte) Bremseinrichtung insbesondere an dem Abtriebsrad 11 a. Die Bremseinrichtung dient zum Abbremsen des Abtriebsrades 11a, so dass das Hohlrad 8a bewegt wird und der Energiespeicher 12a von dem Elektromotor 1 angetrieben wird. Dabei wird keine oder nur wenig Kraft auf die Abtriebswelle 11 übertragen. Dieser Vorgang läuft vorzugsweise solange ab, bis der Energiespeicher 12a aufgeladen ist, beispielsweise bis die Last des Elektromotors einen Schwellwert überschreitet oder für die Dauer einer vorgegebenen Abbremszeitspanne, beziehungsweise Haltezeit. Es kann aber auch die Anzahl der Umdrehungen der Antriebswelle 5 oder eines Getrieberades benutzt werden, um das Ende des Aufladevorgangs festzulegen. Nachdem der Energiespeicher 12a aufgeladen ist, wird das Hohlrad 8a durch die Verriegelungseinrichtung 13, 14, 15a fixiert und damit der Energiespeicher 8a von allen weiteren Bewegungen des Getriebemotors abgekoppelt. Stattdessen werden nun die Planetenräder 7 und damit, über den Planetenradträger 9a und das damit verbundene Zahnrad 10a, das Abtriebsrad 11a und die Abtriebswelle 11 angetrieben. Die Bremseinrichtung kann durch die Last selbst verwirklicht sein, indem diese beispielsweise einen Bewegungsanschlag umfasst, bis zu dem sie bewegt wird und der Elektromotor 1 nach Erreichen dieses Bewegungsanschlages weiter bestromt wird. Es kann aber auch über eine Sensoreinrichtung eine Zustandsgröße des Getriebemotors erfasst werden, so dass die Bremseinrichtung beim Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwertes dieser Zustandsgröße aktiviert wird. Als Zustandsgröße kann zum Beispiel die Motorlast, die Position eines vom Getriebemotor bewegten Stellgliedes oder die Anzahl der Motorumdrehungen bestimmt werden.
  • Wenn die am Elektromotor 1 anliegende Versorgungsspannung oder die Drehzahl des Motors 1 oder der Abtriebswelle 11 einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, so bedeutet dies, dass der Elektromotor 1 ausgefallen ist. Es droht eine abrupte Unterbrechung der Kraftzufuhr zur Last. Um dies zu verhindern und wenigstens über einen begrenzten Überbrückungszeitraum die Last antreiben zu können, wird die Verriegelungseinrichtung 13, 14, 15a entsperrt. Das Hohlrad 8a wird nun freigegeben und durch die in dem Energiespeicher 12a gespeicherte potentielle Energie angetrieben. Über die Planetenräder 7, den Planetenradträger 9a und das damit verbundene Zahnrad 10a überträgt sich die Bewegung des Hohlrades 8a auf das Abtriebsrad 11a, so dass die Last weiterhin gehalten oder angetrieben werden kann. Voraussetzung ist dabei, dass die Bewegungsenergie des Hohlrades 8a nicht über das Sonnenrad 6 abgeführt oder gemindert wird. Dies wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch verhindert, dass zwischen dem Motor 1, der u.U. auch in Gegenrichtung gedreht werden kann, und dem Sonnenrad 6 das Schneckengetriebe 3, 4a angeordnet ist, das selbsthemmend ist. Damit ist das Sonnenrad 6 automatisch arretiert, und die gesamte Bewegungsenergie aus dem Energiespeicher 12a wird auf die Planetenräder 7, das Abtriebsrad 11 a und somit auf die Abtriebswelle 11 und die (nicht gezeigte) Last übertragen.
  • Vorzugsweise umfasst der Verriegelungsaktor 15a einen (nicht gezeigten) Elektromagneten, der über eine Schalteinrichtung elektrisch mit dem Elektromotor 1 verbunden ist, so dass bei einem Spannungsabfall an dem Elektromotor 1 automatisch der Verriegelungsstift 13 eingezogen wird und der Verriegelungsring 14 zusammen mit dem Hohlrad 8a freigegeben wird. Im einfachsten Fall ist der Verriegelungsaktor 15a im Normalbetrieb, d.h. bei verriegeltem Hohlrad 8a in Reihe mit oder parallel zu dem Elektromotor 1 geschaltet. Das Einziehen des Verriegelungsstiftes 13 kann auch durch eine Drehzahlerkennung, zum Beispiel mittels Hallsensoren im Elektromotor, oder auf andere Art und Weise veranlasst werden. Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen, sind selbstverständlich auch Kombinationen verschiedener Realisierungen möglich.
  • Die bisher beschriebene Funktion des Getriebemotors lässt sich wie folgt zusammenfassen: In einem Vorbereitungsschritt ist das Hohlrad 8a entriegelt, und der Motor 1 bewegt sich in eine vordefinierte Richtung. Durch Blockieren des lastseitigen Abtriebs, der im Beispiel aus dem Verbund aus Abtriebrad 11a und Abtriebswelle 11 besteht, werden zugleich die Planetenräder 7 bzw. das Zahnrad 10a fixiert, so dass die Bewegungsenergie des Motors 1 den Energiespeicher 12a mit Energie auflädt. Die Drehbewegung des Motors 1 wird also über die Antriebsschnecke 3 über das Schneckenrad 4a auf das Sonnenrad 6 und die Planetenräder 7 sowie das Hohlrad 8a übertragen, an dem der Energiespeicher 12a angebracht ist. Anschließend wird die Energie durch eine Sperrung des Hohlrades 8a (z.B. Hubmagneten mit Federrückführung) verriegelt.
  • Im Normalbetrieb wird die Drehbewegung des Motors 1 mit verriegeltem Hohlrad 8a über die Antriebsschnecke 3 und das Schneckenrad 4a auf das Sonnenrad 6 und die Planetenräder 7a sowie deren Planetenradträger 9a übertragen. Da das Zahnrad 10a mit dem Planetenradträger 9a fest verbunden ist (bzw. einstückig mit diesem ausgeformt), wird die Drehbewegung des Motors letztendlich von dort auf das Abtriebsrad 11a übertragen.
  • Im Störungsfall, wenn beispielsweise ein Spannungsabfall (der Bordspannung) auftritt, ist im Regelfall eine ausreichende Selbsthemmung auf der Antriebsseite (durch den Schneckentrieb) gegeben. Nun wird die Verriegelung des Hohlrades 8a automatisch (zum Beispiel durch fehlende Bestromung des Elektromagneten nach Spannungsabfall und Wirkung einer Rückstellfeder 24a) gelöst. Dadurch ist das Hohlrad 8a freigegeben, und der Energiespeicher 12a kann die gespeicherte Energie über das Hohlrad 8a und die Planetenräder 7 sowie das mit dem Planetenradträger 9a verbundene Zahnrad 10a auf das Abtriebsrad 11a übertragen. In einer anderen Ausgestaltung kann die Rückstellkraft der Rückstellfeder 24a durch eine geeignete Formgebung der am Außenumfang des Hohlrades 8a befindlichen Zähne (beziehungsweise des Verriegelungsrings 14) und / oder des Verriegelungsstiftes 13 unterstützt oder ersetzt werden. Über eine konische Zahnform, beziehungsweise eine konische Form des Verriegelungsstiftes 13, kann zum Beispiel eine Kraftkomponente parallel zur Kraft der Rückstellfeder 24a auf den Verriegelungsstift 13 ausgeübt werden, so dass die Verriegelung gelöst wird.
  • Selbstverständlich können die Räder des Planetengetriebes auch auf andere Art als bis hierher dargestellt mit dem Motor, dem Energiespeicher 12a und der Abtriebswelle 11a verbunden werden. Die drei Elemente des Planetengetriebes Sonnenrad 6, Hohlrad 8a und Planetenträger 9a mit den Funktionen Antrieb, Abtrieb und Energie-Speicherung bzw. Abgabe können quasi beliebig kombiniert werden. Zum Beispiel kann der Abtrieb am Hohlrad 8a, die Energie-Speicherung bzw. Abgabe am Sonnenrad 6 und der Antrieb am Planetenträger 9a angekoppelt werden. Darüber hinaus kann in jedem Fall die Übersetzung bzw. Untersetzung (Übersetzung in das Langsame) sowie Drehrichtung des Getriebes der Funktion entsprechend geeignet gewählt werden. Im dargestellten Fall liegt die charakteristische Standübersetzung i0=nSonne/nHohlrad (Sonnenrad 6 zu Hohlrad 8a) für ein als Klappensteller eingesetztes Umlaufgetriebe idealerweise im Bereich von i0=-3 bis i0= -7, wobei nSonne und nHohlrad die Drehzahl des Sonnenrades beziehungsweise des Hohlrades 8a bezeichnen. Das negative Vorzeichen resultiert aus den entgegengesetzten Drehrichtungen der beiden Zahnräder. Daraus ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis Sonnenrad 6 zu Planetenradträger 9a im Bereich 4 bis 8 und ein Übersetzungsverhältnis Hohlrad 8a zu Planetenradträger 9a im Bereich 4/3 bis 9/8.
  • Als Räder können Zahn- oder Reibräder eingesetzt werden, die Räder können ebenso gut als Kegelräder und insbesondere als Kegelzahnräder ausgeführt sein. Als Energiespeicher 12a kommen neben der erwähnten Spiralfeder auch andere Speicher für potentielle Energie infrage, so z.B. Druckluftspeicher oder Schenkelfedern, Druckfedern, Zugfedern, Torsionsfedern oder sonstige. Bei der Aufladung derartiger Federspeicher wird vorzugsweise eine Rutschkupplung eingesetzt, die das Spannen der Feder unterbricht, wenn diese ihren Endpunkt erreicht hat. Mit anderen Worten, sobald die Feder vollständig gespannt ist und die Rutschkupplung die Kraftübertragung unterbricht, ist ein Abschaltzeitpunkt für die Aufladung des Federspeichers erreicht, und die vorgegebene Zeitspanne für das Abbremsen des zweiten Rades ist beendet.
  • Zur Bestimmung der Drehzahl wird ein geeigneter Sensor an der Motorwelle 2, beziehungsweise an dem Rotor des Elektromotors 1, oder der Abtriebswelle 11 oder an beiden angeordnet (zum Beispiel in Form eines Hallsensors). Die Motordrehzahl kann bei einem bürstenlosen Elektromotor auch sensorlos aus dem beaufschlagten Erregerfeld abgeleitet werden. Zum Bestimmen des Abschaltzeitpunktes für die Aufladung des Federspeichers oder auch zum Erfassen eines Störfalles kann zusätzlich oder alternativ zur Drehzahl eine andere Zustandsgröße des Getriebemotors, wie zum Beispiel die Motorlast, überwacht werden. Für die Motorlastüberwachung wird beispielsweise die Stromaufnahme des Motors erfasst, und wenn diese einen ersten Schwellenwert überschreitet, wird die Aufladung des Federspeichers unterbrochen (z.B. durch Verriegelung des Hohlrades 8a mittels der Verriegelungseinrichtung). Ebenso wird für die Motorausfallüberwachung beispielsweise die am Motor anliegende Spannung erfasst, und wenn diese einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, wird das Getriebe für den Antrieb durch den Federspeicher freigeschaltet (z.B. durch Entriegelung des Hohlrades 8a mittels der Verriegelungseinrichtung). Das bedeutet, der Getriebemotor umfasst eine (nicht dargestellte) Sensoreinrichtung zum Erfassen einer momentanen Motorlast sowie eine (nicht dargestellte) Bremseinrichtung zum Abbremsen des zweiten Rades (beispielsweise der genannte Bewegungsanschlag für die Last). Durch die Bremseinrichtung wird das zweite Rad fixiert, so dass das mit dem Energiespeicher 12a verbundene dritte Rad von dem Elektromotor 1 angetrieben wird. Überschreitet die Motorlast einen vorgegebenen Schwellenwert, so wird die Bremseinrichtung gelöst (im Falle einer aktiven Bremseinrichtung) und/oder der Elektromotor stromlos geschaltet (im Falle einer inaktiven Bremseinrichtung in Form eines Bewegungsanschlags). Stattdessen wird die Verriegelungseinrichtung 13, 14, 15a, wenn die Motorlast den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, aktiviert und fixiert infolgedessen das dritte Rad, so dass das zweite Rad angetrieben wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist als Getriebemotor nach den 7 bis 12 gezeigt, mit einer leicht modifizierten Ausgestaltung des Schneckenrads 4b, des Hohlrads 8b, des Planetenradträgers 9b, des Zahnrads 10b, des Abtriebsrads 11b, der Abtriebswelle 11' sowie des Energiespeichers 12b. Dabei zeigen die 7 und 8 den Blick auf das Getriebe von oben bzw. unten als Draufsicht, während die 9 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A und die 10 einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B zeigt. Die Darstellung wird durch die perspektivische Ansicht der 11 sowie durch die Explosionsdarstellung der 12 komplettiert. Der Getriebemotor ist in einem Getriebegehäuse 17 eingebaut, welches mit einem Gehäusedeckel 18 verschlossen ist. Zugriff auf den Getriebemotor von außen bieten nur eine Wellendurchführung 19 (siehe 12) im Gehäuse 17 und im Deckel 18 sowie ein oder mehrere Fenster 20 für Wartungszwecke oder als Durchführungsöffnung zum Anschluss der elektrisch betriebenen Bauteile. Die Wellendurchführung 19 dient dabei auch zur Lagerung der Abtriebswelle 11' und dem Abtriebsrad 11b. Der Motor 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform in einer Ausbuchtung 27 des Getriebegehäuses 17 platziert und wird zusätzlich an einem einteilig mit dem Gehäuse ausgestalteten Vorsprung 28, zum Beispiel mit Hilfe der Schrauben 22a, fixiert (siehe 8 und 12). Das Schneckenrad 4b sowie das Planetengetriebe mit seinen Rädern und der Energiespeicher 12b werden von Achsen 21 gehalten, die fest mit im Getriebegehäuse 17 oder im Gehäusedeckel 18 befindlichen Lagersitzen 30 verbunden sind. Die Lagersitze 30 sind dabei idealerweise einteilig mit dem Getriebegehäuse 17 oder Gehäusedeckel 18 ausgeformt, wobei auch andere Ausgestaltungen denkbar sind. Während sich das Planetengetriebe in der in 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform zwischen dem Elektromotor 1 und der Verriegelungseinrichtung 13, 14, 15a befindet, ist in der Ausführungsform nach den 7 bis 12 die Verriegelungseinrichtung 13, 14, 15b zwischen dem Elektromotor 1 und dem Planetengetriebe zum Erzielen einer kompakteren Bauform angeordnet. Die Verriegelungseinrichtung kann ebenfalls mittels Ausbuchtungen oder Vorsprünge 28 im Gehäuse 17 oder am Deckel 18 durch Verklemmen oder Verschrauben oder andere form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen fixiert werden. Nach dem Einbau des Getriebemotors werden das Gehäuse 17 und der Deckel 18 mittels Gehäuseschrauben 22 und Gehäusegewinden 23 fest verschraubt, so dass ein Einsatz des Getriebemotors auch unter rauen Bedingungen gewährleistet werden kann. Je nach Anwendung kann es auch vorteilhaft sein, das Gehäuse 17 und den Deckel 18 auf andere Art und Weise zusammenzuhalten. Beispielsweise können die beiden Bauteile durch Laserschweißen zusammengefügt werden, wodurch eine sehr feste Verbindung erreicht werden kann.
  • In der Ausführungsform nach den 7 bis 12 umfasst der Getriebemotor ebenfalls einen Elektromagneten 24 als Verriegelungsaktor 15b. Der Elektromagnet 24 betätigt nun einen Verriegelungshebel 25, der den Verriegelungsstift in den obigen Ausführungsformen nach 1 bis 6 ersetzt. Der Verriegelungshebel 25 ist an einem Hebelpunkt 26 verankert, wie in den 7, 8, 11 und 12 gut zu erkennen ist. Die Spitze des Hebels greift in eine entsprechende Nut in dem fest mit dem Hohlrad 8b verbundenen Verriegelungsring 14 ein. In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform des Getriebemotors ohne einen separaten Verriegelungsring greift sie direkt in die Zahnung des Hohlrades 8b ein und sperrt dieses. Analog zur in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform kann auch im Beispiel der 7 bis 12 die Spitze des Verriegelungshebels 25 oder die mit dem Verriegelungshebel 25 in Eingriff stehenden Zähne des Hohlrades 8b so ausgeformt sein, dass eine Kraftkomponente entsteht, mit deren Hilfe die Verriegelung im unbestromten Zustand des Elektromagneten 24 gelöst werden kann. Der Einsatz eines Hebels 25 mit Hebelpunkt 26 hat gegenüber einem einfachen Verriegelungsstift den Vorteil, dass man einen größeren Hub des Magneten 24 in einen kleineren Verstellweg der Hebelspitze übersetzen kann um eine Verriegelungsübersetzung zu erreichen. Das heißt, die Kraft des Hubmagneten wird durch die Hebelwirkung verstärkt. Dadurch kann im Fail-Safe Fall ein mögliches Verklemmen des Verriegelungsmechanismus aufgrund der Hebelwirkung relativ einfach gelöst werden. In anderen Ausgestaltungen, wenn ein großer Verstellweg des Verriegelungshebels 25 erwünscht ist, kann auch der gegenteilige Fall sinnvoll sein, so dass ein relativ kleiner Hub des Magneten 24 einen vergleichsweise großen Verstellweg des Verriegelungshebels bewirkt
  • Im stromlosen Zustand des Elektromagneten 24 wird der Hebel 25 durch eine Rückstellfeder 24b in eine Position gedrückt, in der die Hebelspitze entriegelt und das Hohlrad 8b freigegeben ist. Damit ist sichergestellt, dass im stromlosen Zustand der Antrieb der Last über den Energiespeicher 12b erfolgt. Hierzu ist der Elektromagnet 24 beispielsweise elektrisch parallel zum Elektromotor 1 geschaltet, damit im Störfall bei einem Spannungsabfall über dem Elektromotor 1 auch die Spannung über dem Elektromagneten 24 abfällt und ihn in den stromlosen Zustand bringt.
  • Die Antriebseinheit eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Luftklappen für die Motorkühlung in Kraftfahrzeugen, um im Notfall eine vorgegebene Position anzufahren, wobei diese Position meist eine offene Position der Luftklappen ist. Diese Position ist beispielsweise auch mit einem Bewegungsanschlag versehen, an dem die Luftklappe anschlägt, so dass das Abtriebsrad festgehalten wird und die Kraft des Getriebemotors für die Aufladung des Energiespeichers 12b genutzt werden kann. Insbesondere kann bei Anwendungen für Luftklappen auch abtriebsseitig ein Schneckengetriebe zur Hemmung einer durch den Luftwiderstand hervorgerufenen Klappenbewegung eingesetzt werden. Als Klappensteller arbeitet der Getriebemotor dann in einem Drehzahlbereich von zum Beispiel 2.500 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute, und das Getriebe weist beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis in das Langsame (Untersetzungsverhältnis) Antrieb zu Abtrieb von ca. 60:1 auf.
  • Es kann in Ausführungsbeispielen der Erfindung auch gewünscht sein, dass der Klappensteller in einem Kraftfahrzeug die Position der Klappen noch nach dem Abstellen des Fahrzeugs und bei ausgeschaltetem Motor ändert. Dazu ist ein geringer Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Antriebseinheit von Vorteil, so dass diese kurzzeitig auch über einen elektrischen Energiespeicher betrieben werden kann und dabei ihre Fail-Safe-Eigenschaften beibehält. Beispielsweise im Falle von Kühlergrillklappen kann dadurch in kalten Regionen, etwa durch ein Verschließen der Klappen, der Motorraum möglichst lange warm gehalten werden, um einen Kaltstart des Motors zu verhindern. Wird der Motor jedoch nicht innerhalb kurzer Zeit (zum Beispiel innerhalb einiger Minuten bis weniger Stunden) wieder neu gestartet, so soll der Klappensteller unter Umständen nach einer bestimmten Zeitspanne oder nach dem Unterschreiten eines vorgegebenen Motorraumtemperaturgrenzwertes die Klappen wieder öffnen, um zum Beispiel ein Festfrieren im geschlossenen Zustand zu verhindern. In warmen Regionen kann der umgekehrte Fall sinnvoll sein: Nach dem Abstellen bleiben die Klappen geöffnet, damit der Motor abkühlen kann. Erst wenn eine bestimmte Temperatur unterschritten wurde, werden die Klappen wieder geschlossen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Elektromotor
    2
    Motorwelle
    3
    Schnecke
    4a, 4b
    Schneckenrad
    5
    Antriebswelle
    6
    Sonnenrad
    7
    Planetenrad
    8a, 8b
    Hohlrad
    9a, 9b
    Planetenradträger
    10a, 10b
    Zahnrad
    11, 11'
    Abtriebswelle
    11 a, 11b
    Abtriebsrad
    12a, 12b
    Energiespeicher
    13
    Verriegelungsstift
    14
    Verriegelungsring
    15a, 15b
    Verriegelungsaktor
    16
    Federeinrichtung
    17
    Getriebegehäuse
    18
    Gehäusedeckel
    19
    Wellendurchführung
    20
    Fenster
    21
    Achse
    22
    Gehäuseschraube
    22a
    Schrauben
    23
    Gehäusegewinde
    24
    Elektromagnet
    24a, 24b
    Rückstellfeder
    25
    Verriegelungshebel
    26
    Hebelpunkt
    27
    Ausbuchtung
    28
    Vorsprung
    29
    Lager
    30
    Lagersitz

Claims (13)

  1. Antriebseinheit zum Erzeugen einer Drehbewegung einer Antriebswelle (5), wobei die Antriebseinheit umfasst: eine Umlaufgetriebeeinrichtung mit wenigstens drei Rädern (6, 7, 8a, 8b), wobei ein erstes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung mit der Antriebswelle (5) eines Elektromotors (1) zusammenwirkt und ein zweites Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung direkt oder indirekt Kraft auf eine Abtriebswelle (11,11') überträgt, und einen Energiespeicher (12a, 12b) zum Speichern von potentieller Energie, der die Energie auf ein drittes Rad der Umlaufgetriebeeinrichtung überträgt, wobei die Umlaufgetriebeeinrichtung eine Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) zum Fixieren des dritten Rades umfasst, wobei die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) das dritte Rad zum Aufladen des Energiespeichers (12a, 12b) freigibt, und wobei die Antriebseinheit eine Sensoreinrichtung zum Erfassen mindestens einer Zustandsgröße der Antriebseinheit umfasst und die Sensoreinrichtung mit der Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) gekoppelt ist, wobei die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) das dritte Rad zum Laden des Energiespeichers (12a, 12b) freigibt, wenn die Zustandsgröße einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschritten hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens der momentanen Motorlast über den vorgegebenen Wert eingerichtet ist.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit eine Bremseinrichtung zum Abbremsen oder Stoppen des zweiten Rades umfasst, so dass beim Abbremsen oder Stoppen des zweiten Rades das dritte Rad von dem Elektromotor (1) angetrieben wird, um den Energiespeicher (12a, 12b) aufzuladen.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zum Erfassen des Überschreitens eines Positionswertes über den vorgegebenen Wert eingerichtet ist.
  4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) das dritte Rad freigibt, wenn sie stromlos ist.
  5. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Verriegelungseinrichtung (13, 14, 15a, 15b, 24a, 24b, 25, 26) mit einem Drehzahlsensor verbunden ist und das dritte (8a, 8b) Rad freigibt, wenn die Drehzahl des Motors (1) unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt.
  6. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Energiespeicher (12a, 12b) eine Federeinrichtung (16) umfasst, die durch den Elektromotor (1) gespannt wird.
  7. Antriebseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (16) eine Spiralfeder umfasst.
  8. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Umlaufgetriebe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (6), wenigstens einem Planetenrad (7) und einem Hohlrad (8a, 8b) umfasst.
  9. Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rad das Sonnenrad (6) ist, das zweite Rad ein Planetenrad (7) und das dritte Rad das Hohlrad (8a, 8b) ist.
  10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (11, 11') über den Planetenradträger (9a, 9b) mit dem mindestens einen Planetenrad (7) zusammenwirkt, der Energiespeicher (12a, 12b) mit dem Hohlrad (8a, 8b) zusammenwirkt und das Sonnenrad (6) mit der Antriebswelle (5) zusammenwirkt.
  11. Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste und das zweite Rad als Stirnräder ausgeführt sind.
  12. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der das Umlaufgetriebe ein selbsthemmendes Schneckengetriebe (3, 4a, 4b) umfasst, das zwischen dem Elektromotor (1) und dem Planetengetriebe (6, 7, 8a, 8b) angeordnet ist.
  13. Getriebemotor mit einer Antriebseinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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