DE10021479A1 - Elektrischer Antrieb sowie hydraulischer Stelltrieb - Google Patents

Abstract

Es wird ein elektrischer Antrieb (22) und ein hydraulischer Stelltrieb (20) für eine Kupplung und/oder ein Getriebe (10) beschrieben, wobei der hydraulische Stelltrieb (20) eine mittels des elektrischen Antriebs (22) antreibbare Pumpe (21) aufweist, über die wenigstens ein Stellzylinder (26) mit einer Hydraulikflüssigkeit gespeist wird. Der elektrische Antrieb (22) ist mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden. Wenn der elektrische Antrieb (22) zur Betätigung der Pumpe (21) angeschaltet wird, ist dieser einem im Vergleich zum Normalbetriebszustand sehr hohen, nachteiligen Anlaufstrom ausgesetzt. Um die hohen Anlaufstromspitzen reduzieren zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der elektrische Antrieb (22) zur Begrenzung des Anlaufstroms eine Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung aufweist. Diese kann beispielsweise auf Basis eines zeitweilig zuschaltbaren Widerstands oder als Einrichtung zur Taktung der Versorgungsspannung ausgebildet sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst einen elektrischen Antrieb für ein Bauteil gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hydraulischen Stelltrieb gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.

Elektrische Antriebe, beispielsweise Elektromotoren, sind in der Praxis weit verbrei­ tet. Unter anderem werden elektrische Antriebe in hydraulischen Stelltrieben einge­ setzt. Solche hydraulischen Stelltriebe sind bereits bekannt und werden beispiels­ weise in Fahrzeugen zum Anstellen von Kupplungen, Getrieben, insbesondere au­ tomatisierten Schaltgetrieben, oder dergleichen eingesetzt. Ein hydraulischer Stell­ trieb ist beispielsweise in der von der Anmelderin ebenfalls eingereichten DE 196 47 940 beschrieben.

Ein solcher hydraulischer Stelltrieb dient dazu, einen Stellzylinder mit einer Hydrau­ likflüssigkeit zu versorgen beziehungsweise zu speisen. Dazu ist unter anderem eine Steuerung und eine mittels eines elektrischen Antriebs antreibbare Pumpe vorgese­ hen. Über die Steuerung wird auch der elektrische Antrieb gesteuert. Weiterhin kann der hydraulische Stelltrieb einen Druckspeicher aufweisen, der als Energiespeicher für periodisch benötigte Volumenspitzen dient. Derartige Volumenspitzen treten vor allem während der Schalt- beziehungsweise Anstellvorgänge einer mit dem hydrauli­ schen Stelltrieb verbundenen Vorrichtung auf. Während solch einer Betätigung wird die im Druckspeicher befindliche Flüssigkeit, beispielsweise ein Hydrauliköl oder dergleichen, in den Stellzylinder gepumpt und von dort an die entsprechende Vor­ richtung weitergeleitet, wo die Flüssigkeit dann den gewünschten Schalt- bezie­ hungsweise Anstellvorgang bewirkt. Nachdem die Flüssigkeit aus dem Druckspei­ cher zum Stellzylinder gepumpt wurde, wird die Pumpe - beispielsweise eine Hyd­ raulikpumpe - über deren elektrischen Antrieb in Bewegung gesetzt, so daß erneut Flüssigkeit in den Druckspeicher gepumpt wird.

Die Betätigung der Pumpe erfolgt in der Regel über eine entsprechende Ansteue­ rung des hydraulischen Stelltriebs. Wenn die Flüssigkeit aus dem Druckspeicher in den Stellzylinder gepumpt wurde, wird beispielsweise der im Druckspeicher abfallen­ de Druck gemessen und an die Steuerung weitergeleitet. Wenn der Druck einen be­ stimmten unteren Wert erreicht hat, wird die Pumpe über den elektrischen Antrieb, der ein entsprechendes Signal von der Steuerung erhält, in Bewegung gesetzt, so daß Flüssigkeit in den Druckspeicher hineingepumpt wird. Damit steigt auch der Druck im Druckspeicher. Wenn der Druck einen bestimmten oberen Wert erreicht, wird die Tätigkeit der Pumpe über die Steuerung eingestellt.

In einem hydraulischen Stelltrieb der genannten Art wird der elektrische Antrieb, bei­ spielsweise ein Elektromotor, also dazu benutzt, um mittels einer durch den Elektro­ motor angetriebenen Pumpe Druck zur Betätigung eines Stellzylinders, der mit ei­ nem Kupplungsaktuator und/oder einem Getriebeaktuator oder dergleichen verbun­ den sein kann, zur Verfügung zu stellen.

Dabei sind die an den elektrischen Antrieb gestellten Anforderungen sehr hoch. Die Lebensdauer eines solchen elektrischen Antriebs hängt unter anderem vom Ver­ schleiß derjenigen Bauteile ab, die aus Materialien auf Kohlenstoffbasis hergestellt sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Kohlebürsten, die als Kontaktteil für die Stromübertragung auf die sich drehenden Wicklungen des elektrischen An­ triebs dienen.

Beim Starten des elektrischen Antriebs wird dieser einem sehr hohen Anlaufstrom ausgesetzt, der beispielsweise deutlich über 100 A liegen kann, wodurch die auf Kohlenstoff basierenden Elemente, beispielsweise die Kohlebürsten, verbrennen. Durch diesen Abbrand wird die Lebensdauer des elektrischen Antriebs verkürzt.

Im Bereich der Automobilindustrie ist diese verkürzte Lebensdauer des elektrischen Antriebs sehr nachteilig, da die Lebensdauer der einzelnen Bauteile in etwa der für das Fahrzeug kalkulierten Lebensdauer entsprechen sollte. In der Automobilindustrie ist es deshalb bisher üblich, die genannten Nachteile dadurch zu umgehen, daß elektrische Antriebe eingesetzt werden, die wesentlich größer ausgelegt sind, als dies für die eigentliche Anwendung in deren Normalbetriebszustand notwendig wäre.

Eine andere in der Automobilindustrie bisher praktizierte Umgehung der genannten Probleme besteht darin, den elektrischen Antrieb zu modifizieren, was aber ebenfalls nachteilig ist. Beispielsweise kann eine solche Modifikation dadurch erfolgen, daß entsprechende Änderungen der Übersetzung vorgenommen werden, daß andere Wicklungen eingesetzt werden oder dergleichen. Dadurch wird der elektrische An­ trieb wesentlich aufwendiger und damit teuerer.

Die bekannten Lösungen zur Umgehung der weiter oben beschriebenen Nachteile haben gemeinsam, daß sie zum einen teuer und zum anderen technisch gar nicht oder nur schwer realisierbar sind. Weiterhin vergrößern sie die Abmaße und das Gewicht des hydraulischen Stelltriebs, was - insbesondere in der Automobilindustrie - ebenfalls einen großen Nachteil darstellt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten elektrischen Antrieb sowie einen verbesserten hydraulischen Stelltrieb bereitzustel­ len, mit dem die zum Stand der Technik beschriebenen Nachteile umgangen werden können. Insbesondere soll eine kostengünstige und konstruktiv einfache Lösung für den elektrischen Antrieb, beziehungsweise den hydraulischen Stelltrieb, bereitge­ stellt werden, mit der die Anfahrstromspitzen reduziert und damit die Lebensdauer des elektrischen Antriebs verlängert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den elektrischen Antrieb gemäß Patentanspruch 1, den hydraulischen Stelltrieb gemäß Patentanspruch 12 sowie die Verwendung ge­ mäß Patentanspruch 18. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Vorteile und Merkmale, die in bezug auf den elektrischen Antrieb be­ schrieben sind, gelten ebenso für den hydraulischen Stelltrieb, und Vorteile und Merkmale, die in bezug auf den hydraulischen Stelltrieb beschrieben sind, gelten ebenso für den elektrischen Antrieb. Analoges gilt für die erfindungsgemäße Ver­ wendung.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Antrieb für ein Bau­ teil, insbesondere eine Pumpe, in einem hydraulischen Stelltrieb für eine Vorrich­ tung, vorzugsweise eine Kupplung und/oder ein Getriebe, vorgeschlagen, wobei der elektrische Antrieb mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden oder verbindbar ist und wobei der elektrische Antrieb einem im Vergleich zum Normalbetriebszustand hohen Anlaufstrom ausgesetzt ist. Der elektrische Antrieb ist erfindungsgemäß da­ durch gekennzeichnet, daß er zur Begrenzung des Anlaufstroms eine Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung aufweist.

Durch den erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb wird es nunmehr möglich, den Anlaufstrom zu begrenzen, so daß ein übermäßiges Abbrennen der auf Kohlenstoff basierenden Bauelemente, beispielsweise der Kohlebürsten, verhindert wird. Damit kann durch den elektrischen Antrieb insbesondere die Forderung der Automobilher­ steller bezüglich einer verlängerten Lebensdauer erfüllt werden. Weiterhin kann der erforderliche Bauraum, beziehungsweise das Gewicht des elektrischen Antriebs, re­ duziert werden, da dieser im Vergleich zu den im Stand der Technik beschriebenen Lösungen wesentlich kleiner ausgelegt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Anwendungen für den elektrischen Antrieb beschränkt. Im Automobilbereich kann der erfindungsgemäße elektrische Antrieb beispielsweise in Systemen zur Anti-Schlupf-Regelung (ASR), in Anti- Blockier-Systemen (ABS), in Systemen zur Lenkunterstützung, in Servolenkungs- Systemen oder dergleichen eingesetzt werden. Natürlich sind auch andere Anwen­ dungsmöglichkeiten denkbar.

Besonders vorteilhaft kann der elektrische Antrieb zum Betreiben einer Pumpe, die vorzugsweise in einem hydraulischen Stelltrieb integriert sein kann, angewendet werden. Wie in bezug auf den Stand der Technik in der Beschreibungseinleitung be­ reits ausgeführt wurde, werden derartige Pumpen dazu verwendet, eine Hydraulik­ flüssigkeit in einen Stellzylinder, oder zunächst in einen mit dem Stellzylinder ver­ bundenen Druckspeicher, hineinzupumpen. Dazu wird die Pumpe in regelmäßigen Abständen ein- beziehungsweise ausgeschaltet.

Beim Starten der Pumpe wurde der elektrische Antrieb bisher schlagartig eingeschal­ tet, was bedeutet, daß beim Einschalten sofort der maximale Strom floß. Da elektri­ sche Antriebe, insbesondere wenn sie als Elektromotoren ausgebildet sind, eine In­ duktivität darstellen, stieg der Strom bei den bekannten Lösungen im Anlaufzeitraum sehr stark an, was zu den negativen Anlaufstromspitzen führte. Nach dem Anlaufen des elektrischen Antriebs stellt sich durch die sich drehenden Komponenten übli­ cherweise eine Gegeninduktivität ein, die mit zunehmender Drehgeschwindigkeit größer wird und den Strom begrenzt. Dadurch werden die hohen Anlaufstromspitzen nach einiger Zeit auf die im Normalbetriebszustand herrschenden Werte reduziert.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des elektrischen Antriebs kann dieses schlagartige Auftreten maximaler Anlaufstromspitzen nunmehr umgangen werden. Dazu ist als ein grundlegendes Merkmal des erfindungsgemäßen elektrischen An­ triebs eine Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung vorgesehen. Dies soll an Hand eines Beispiels erläutert werden.

Wenn eine Pumpe über den elektrischen Antrieb in der bisher aus dem Stand der Technik bekannten Form eingeschaltet wird, können Anlaufstromspitzen von bei­ spielsweise bis zu 100 A auftreten, während im Normalbetriebszustand des elektri­ schen Antriebs Ströme von beispielsweise 30 bis 35 A fließen. Durch die Anlauf­ stromspitzen während des Einschaltens des elektrischen Antriebs verbrennen die Kohlebürsten, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Antriebs, und damit unter Umständen die Lebensdauer des gesamten hydraulischen Stelltriebs auf beispiels­ weise 700 bis 800 Stunden reduziert wird.

Durch die Anlaufstrombegrenzung werden die Stromspitzen nunmehr reduziert, bei­ spielsweise auf einen Wert zwischen 60 und 70 A. Das Verbrennen der Kohlebürs­ ten wird dadurch in erheblichem Maße reduziert, so daß die Lebensdauer des elekt­ rischen Antriebs um ein Vielfaches, im vorliegenden Beispiel bis beispielsweise auf 1.200 Stunden, gesteigert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Werte beschränkt, bis zu denen die Anlaufstromspitzen reduziert werden müssen. Eine Reduktion dieser Anlauf­ stromspitzen führt zu dem Resultat, daß der elektrische Antrieb langsamer anläuft, was ebenfalls eine reduzierte Pumpwirkung zur Folge hat. Aus diesem Grund muß die Begrenzung der Anlaufstromspitzen derart gewählt werden, daß ein guter Kom­ promiß zwischen einem schnellen Anlauf des elektrischen Antriebs und einer hohen Lebensdauer erzielt wird. Wichtig ist also dieses Verhältnis, was je nach Bedarf und Anwendungsfall variieren kann.

Die Begrenzung des Anlaufstroms kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. Nachfolgend werden einige vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben, wie eine Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung ausgestaltet sein kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Ausführungsformen beschränkt.

Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung einen zumindest zeitweilig, insbesondere im Anlaufzeitraum des elektrischen Antriebs, zuschaltbaren Widerstand aufweisen. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Anlaufstrombegrenzung derart, daß ein Widerstand, der vorzugsweise in Reihe mit dem elektrischen Antrieb geschaltet ist, für einen bestimmten Zeitraum, nämlich den Zeitraum während des Anlaufs des elektrischen Antriebs, aktiviert wird, wodurch der Anlaufstrom begrenzt wird. Wenn der Widerstand aktiv geschaltet ist, fließt weniger Strom durch den elektrischen Antrieb. Nachdem der elektrische Antrieb angelaufen ist, und der fließende Strom aufgrund der sich einstellenden Gegeninduktivität auf den Wert des Normal­ betriebszustands absinkt, wird der Widerstand in geeigneter Weise überbrückt.

Der Widerstand kann in der Plus-Verbindungsleitung oder der Minus- Verbindungsleitung des elektrischen Antriebs zur elektrischen Leistungsquelle vor­ gesehen sein.

Wenn der elektrische Antrieb in einem Fahrzeug, insbesondere in einem hydrauli­ schen Stelltrieb in einem Fahrzeug, eingesetzt wird, handelt es sich bei der elektri­ schen Leistungsquelle vorzugsweise um die Fahrzeugbatterie.

Eine Überbrückung des Widerstands kann vorteilhaft dadurch realisiert werden, daß eine den Widerstand umgehende Bypass-Leitung vorgesehen ist, und daß in der Bypass-Leitung ein erstes Schalterelement angeordnet ist.

Ein zweites Schalterelement kann optional in der Verbindungsleitung, in der der Wi­ derstand vorgesehen ist, angeordnet sein.

Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Schalterelementtypen beschränkt. Vorzugswei­ se können die Schalterelemente als Halbleiterschalter in Form von Transistoren oder dergleichen ausgebildet sein.

Durch ein entsprechendes Öffnen beziehungsweise Schließen des oder der Schal­ ter(s) kann erreicht werden, daß der von der Leistungsquelle zum elektrischen An­ trieb fließende Strom wahlweise über den Widerstand oder aber über die Bypass- Leitung fließt. Wenn das in der Bypass-Leitung angeordnete Schalterelement ge­ schlossen ist, fließt der Strom über diese Bypass-Leitung, wodurch der Widerstand überbrückt wird.

In weiterer Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung eine Steuereinrichtung aufweisen. Über diese Steuereinrichtung wird/werden das Schal­ terelement, beziehungsweise die Schalterelemente, betätigt.

Wenn der elektrische Antrieb in einem hydraulischen Stelltrieb eingesetzt wird, kann die Steuereinrichtung weiterhin mit einer Steuerung für den hydraulischen Stelltrieb verbunden sein oder werden. Über diese Verbindung wird die Steuereinrichtung mit Daten bezüglich des jeweiligen Betriebszustands des hydraulischen Stelltriebs ver­ sorgt, so daß hierüber in der Steuereinrichtung eine Entscheidung getroffen werden kann, ob ein Anlauf des elektrischen Antriebs oder dessen Abschaltung bevorsteht. Auf Grund der von der Steuerung gelieferten Daten kann dann über die Steuerein­ richtung eine entsprechende Stellung des oder der Schalterele­ ments/Schalterelemente vorgenommen werden.

In anderer Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung als Ein­ richtung zur Taktung der Versorgungsspannung für den elektrischen Antrieb ausge­ bildet sein. Über die Einrichtung zur Taktung kann die Versorgungsspannung bei­ spielsweise zeitlich gesteuert unterbrochen (getaktet) werden. Dadurch können ebenfalls die Anlaufstromspitzen begrenzt werden.

Eine solche Taktung der Versorgungsspannung kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die Einrichtung zur Taktung der Versorgungsspannung als Einrichtung zur Pulsweitenmodulation (PWM) ausgebildet ist. Eine PWM-Einrichtung ist grund­ sätzlich bereits bekannt und funktioniert nach dem Grundprinzip, daß eine Signal­ größe auf eine Trägergröße, bei der es sich beispielsweise um die von der elektri­ schen Leistungsquelle abgegebene Spannung handelt, aufgeprägt wird. Bei der Pulsweitenmodulation erfolgt der Regeleingriff über die Änderung der Pulsdauer.

Vorteilhaft kann die Einrichtung zur Taktung der Versorgungsspannung dazu eine Steuereinrichtung aufweisen, die mit wenigstens einem Schalterelement verbunden ist, das/die in der Plus-Verbindungsleitung und/oder der Minus-Verbindungsleitung des elektrischen Antriebs zur elektrischen Leistungsquelle vorgesehen ist/sind. Die Steuereinrichtung ist als Elektronik für die Taktung ausgebildet und betätigt das we­ nigstens eine Schalterelement.

Vorteilhaft ist ein einziges Schalterelement vorgesehen, das in einer der beiden Ver­ bindungsleitungen vorgesehen ist. Es ist jedoch auch denkbar, in jeder der beiden Verbindungsleitungen ein Schalterelement vorzusehen. Die Schalterelemente kön­ nen wiederum in beliebiger Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Halbleiter­ schalter in Form von Transistoren oder dergleichen.

Vorteilhaft können über die Steuereinrichtung die Öffnungs- und Schließzeiten des wenigstens einen Schalterelements variiert werden oder variierbar sein.

Zu Beginn eines Anlaufvorgangs wird das Schalterelement zunächst sehr kurz ge­ schlossen. Während das Schalterelement geschlossen ist, steigt die Induktivität be­ ziehungsweise der Strom an. Bevor der Strom den Wert kritischer Anlaufstromspit­ zen erreicht, wird das Schalterelement geöffnet. Durch das ständige Ein- und Aus­ schalten des Schalterelements, wobei die Einschaltzeiträume sukzessive länger werden, läuft der elektrische Antrieb langsam an, so daß sich dessen Rotorkompo­ nenten langsam zu drehen beginnen. Mit zunehmender Drehgeschwindigkeit wird eine steigende Gegeninduktivität erzeugt, wodurch der Strom begrenzt wird und sich schließlich auf den Wert des Normalbetriebszustands einpegelt. Wenn dieser Zu­ stand erreicht ist, kann das Schalterelement geschlossen bleiben.

Die Steuereinrichtung der Einrichtung zur Taktung der Versorgungsspannung hat somit die Aufgabe, die Schließzeiten des Schalterelements während der Anlaufpha­ se des elektrischen Antriebs derart zu steuern, daß die Werte für kritische Anlauf­ stromspitzen nicht erreicht werden, der elektrische Antrieb dennoch möglichst schnell anläuft. Wenn eine ausreichende Gegeninduktivität aufgebaut worden ist, wird dies von der Steuereinrichtung erkannt, so daß das Schalterelement ab diesem Zeitpunkt dauerhaft geschlossen bleiben kann, bis die Pumpe wieder abgeschaltet werden soll.

In weiterer Ausgestaltung kann die Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung zumin­ dest teilweise im elektrischen Antrieb ausgebildet sein. Auf diese Weise läßt sich ein sehr platzbedarfoptimierter elektrischer Antrieb schaffen, der insbesondere in der Automobilindustrie von Vorteil ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein hydraulischer Stelltrieb für eine Vorrichtung, insbesondere eine Kupplung und/oder ein Getriebe bereitgestellt, mit einer Steuerung und einer mittels eines elektrischen Antriebs antreibbaren Pumpe, über die wenigstens ein Stellzylinder mit einer Hydraulikflüssigkeit gespeist wird. Der hydraulische Stelltrieb ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der die Pumpe antreibende elektrische Antrieb als ein wie vorstehend beschriebener erfin­ dungsgemäßer elektrischer Antrieb ausgebildet ist.

Auf diese Weise wird ein kostengünstiger und platzsparender hydraulischer Stelltrieb geschaffen, bei dem die einzelnen Komponenten, insbesondere der elektrische An­ trieb, eine hohe Lebensdauer aufweisen, da schädliche hohe Anlaufstromspitzen im elektrischen Antrieb abgebaut werden.

Der hydraulische Stelltrieb ist insbesondere zum Stellen eines entsprechenden Ak­ tuators für eine Kupplung und/oder ein Getriebe ausgebildet. Ein Beispiel für einen solchen hydraulischen Stelltrieb ist in der DE 196 47 940 beschrieben, deren Offen­ bahrungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird. Allerdings kann der hydraulische Stelltrieb auch für andere Vorrichtungen ein­ gesetzt werden, so daß dieser nicht auf die vorstehend beschriebenen Einsatzmög­ lichkeiten beschränkt ist. Einige nicht ausschließliche Beispiele für weitere Einsatz­ möglichkeiten sind im Hinblick auf den erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb ge­ nannt worden.

Vorteilhaft können zumindest Teilkomponenten der Vorrichtung zur Anlaufstrombe­ grenzung in der Steuerung des hydraulischen Stelltriebs integriert sein. Auf diese Weise entstehen am hydraulischen Stellantrieb selbst keine weiteren Kosten durch etwaige zusätzliche Bauelemente oder dergleichen. Es ist jedoch auch denkbar, daß zumindest Teilkomponenten der Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung im Kabel­ baum des hydraulischen Stelltriebs integriert sind. Wie im Hinblick auf den erfin­ dungsgemäßen elektrischen Antrieb bereits beschrieben wurde, können zumindest Teilkomponenten der Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung auch im elektrischen Antrieb selbst integriert sein.

Vorteilhaft kann der hydraulische Stelltrieb für eine Kupplung und/oder ein Getriebe in einem Fahrzeug verwendet werden.

Der hydraulische Stelltrieb kann vorteilhaft Bestandteil eines ASG-Systems sein. Bei einem solchen System handelt es sich um ein automatisiertes Schaltgetriebe- System. Ein automatisiertes Schaltgetriebe funktioniert grundsätzlich derart, daß elektrische Signale einer Steuerung in pneumatische oder hydraulische Signale um­ gesetzt werden, worüber entsprechende Schaltzylinder für den Schaltvorgang ange­ steuert werden. Wenn die elektrischen Steuersignale von der Steuerung ausgehen, wird über diese Signale der elektrische Antrieb und damit die im hydraulischen Stell­ trieb befindliche Pumpe aktiviert, über die Hydraulikflüssigkeit entweder direkt in ei­ nen Stellzylinder oder aber zunächst in einen Druckspeicher gepumpt wird. Über die Hydraulikflüssigkeit wird der Stellzylinder betätigt, der wiederum mit einem Schaltzy­ linder für das Getriebe verbunden ist.

In weiterer Ausgestaltung kann der hydraulische Stelltrieb Bestandteil eines EKS- Systems sein. Hierbei handelt es sich um ein elektronisches Kupplungssystem. Die Grundidee des EKS-Systems besteht darin, daß das Kupplungspedal durch ein me­ chanisches Stellglied ersetzt wird. Die feinfühlige Betätigung übernimmt eine Steue­ rung. Das EKS-System besteht in der Regel aus den Grundkomponenten Trocken­ kupplung mit hydraulischer Kraftübertragung, elektromotorisches Stellglied, Steue­ rung sowie einer Anzahl unterschiedlicher Sensoren, wie beispielsweise Drehzahl­ geber für Motor und Getriebe, Fahrpedalgeber, Schalthebelgeber, Gangerkennung und dergleichen. In diesem Fall dient der hydraulische Stelltrieb dazu, über den hyd­ raulisch betätigbaren Stellzylinder einen Kupplungsaktuator zu betätigen, über den die Kupplung eingerückt beziehungsweise ausgerückt wird.

In vorteilhafter Weise kann ein wie vorstehend beschriebener elektrischer Antrieb in einem hydraulischen Stelltrieb für eine Vorrichtung, insbesondere für eine Kupplung und/oder ein Getriebe verwendet werden. Dabei kann der elektrische Antrieb beson­ ders vorteilhaft zum Betreiben einer Pumpe verwendet werden. Bevorzugt wird der wie vorstehend beschriebene elektrische Antrieb in einem hydraulischen Stelltrieb in einem Fahrzeug verwendet.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Ansicht einen hydraulischen Stelltrieb;

Fig. 2 eine schematische Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung; und

Fig. 3 eine schematische Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung.

In Fig. 1 ist ein hydraulischer Stelltrieb 20 für ein Fahrzeug dargestellt, der zur Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes 10 mit diesem verbunden ist. Dazu weist der Stelltrieb 20 einen Stellzylinder 26 auf, der über eine Hydraulikleitung 12 mit einem Nehmerzylinder 11 des Getriebes 10 verbunden ist.

Der hydraulische Stelltrieb 20 wird über eine Steuerung 27 gesteuert. Die Steuerung 27 spricht dabei auf ein die momentane Stellung des Stellzylinders 26 repräsentie­ rendes Signal an und steuert über ein Steuerventil 25, das im vorliegenden Fall als Drei-Wege-Proportionalventil ausgebildet ist, volumenproportional zur gewünschten Stellung des Nehmerzylinders 11 den Druck im Stellzylinder 26.

Bei Öffnung des Steuerventils 25 wird der Stellzylinder 26 mit einem Druckspeicher 24 verbunden. Der Druckspeicher 24 ist über ein in Druckrichtung einer Hydraulik­ pumpe 21 öffnendes Rückschlagventil 34 mit der, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 23 befördernden, von einem elektrischen Antrieb 22 angetriebenen Hydraulikpumpe 21 verbunden.

Während des Betriebs des hydraulischen Stelltriebs 20 wird Hydraulikflüssigkeit über die Pumpe 21 aus dem Vorratsbehälter 23 herausgepumpt und in den Druckspei­ cher 24 hineingepumpt. Von dort wird die Hydraulikflüssigkeit in den Stellzylinder 26 hineingeleitet, wo sie eine entsprechende Stellung des Nehmerzylinders 12 und da­ mit des Getriebes 10 bewirkt. Nach Abschluß des Stellvorgangs wird die Hydraulik­ flüssigkeit bei entsprechender Stellung des Steuerventils 25 über eine Rückführlei­ tung 36 zurück in den Vorratsbehälter 23 geleitet.

Ein mit der Ausgangsseite der Hydraulikpumpe 21 verbundenes, zum Vorratsbehäl­ ter 23 zurückführendes Druckbegrenzungsventil 35 schützt den hydraulischen Stel­ lantrieb 20 vor Drucküberlastung.

In der Steuerung 27 ist eine weitere Steuerung 28 integriert, über die der System­ druck geregelt wird. Die Steuerung 28 ist über eine Signalleitung 30 mit einem im Druckspeicher 24 befindlichen Sensorelement 29 zur Bestimmung der Betriebstem­ peratur verbunden. Weiterhin ist die Steuerung 28 über eine Signalleitung 32 mit ei­ nem Sensorelement 31 zur Bestimmung des Systemdrucks verbunden.

Im vorliegenden Fall ist das Sensorelement 31 zur direkten Messung des System­ drucks im Eintrittsbereich des Druckspeichers 24 angeordnet. Die Steuerung 28 ist schließlich noch mit einer Speichereinrichtung und/oder Anzeigeeinrichtung 37 sowie über eine Signalleitung 33 mit dem elektrischen Antrieb 22, im vorliegenden Fall ei­ nem Elektromotor, verbunden.

Wenn Hydraulikflüssigkeit in den Druckbehälter 24 und über diesen in den Stellzylin­ der 26 hineingepumpt werden soll, geschieht dies über eine Betätigung der Hydrau­ likpumpe 21. Dazu wird von der Steuerung 27 über die Signalleitung 33 ein Signal an den elektrischen Antrieb 22 geleitet, worauf dieser in Betrieb genommen wird. Über eine Betätigung des elektrischen Antriebs 22 nimmt dann auch die Pumpe 21 ihre Arbeit auf.

Wenn der elektrische Antrieb 22 angeschaltet wird, wird dieser einem im Vergleich zum Normalbetriebszustand sehr hohen Anlaufstrom ausgesetzt, was zu einem Verbrennen von auf Kohlenstoffbasis gebildeten Bauteilen, beispielsweise der Koh­ lebürsten, führt. Dadurch wird die Lebensdauer des elektrischen Antriebs 22 erheb­ lich beeinträchtigt.

Wie das Entstehen negativer hoher Anlaufstromspitzen verhindert werden kann, ist an Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 dargestellt.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des hydraulischen Stelltriebs 20 dargestellt. Der elektri­ sche Antrieb 22 ist über eine Plus-Verbindungsleitung 39 sowie eine Minus- Verbindungsleitung 40 mit einer elektrischen Leistungsquelle 38, im vorliegenden Fall der Fahrzeugbatterie, verbunden. Um beim Start des elektrischen Antriebs 22 die auftretenden hohen Anlaufstromspitzen reduzieren zu können, ist eine Vorrich­ tung 50 zur Anlaufstrombegrenzung vorgesehen.

Die Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung 50 weist zunächst einen Widerstand 60 auf, der in Reihe zum elektrischen Antrieb 22 geschaltet ist. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Widerstand 60 in der Plus-Verbindungsleitung 39 angeordnet. Genauso ist jedoch auch denkbar, daß der Widerstand 60 in der Minus- Verbindungsleitung 40 vorgesehen ist.

Darüber hinaus ist eine den Widerstand 60 umgehende Bypass-Leitung 61 vorgese­ hen, in der ein erstes Schalterelement 62, beispielsweise ein Halbleiterschalter wie ein Transistor oder dergleichen, vorgesehen ist. Das erste Schalterelement 62 ist mit einer Steuereinrichtung 64 verbunden. Zusätzlich ist ein zweites Schalterelement 63 vorgesehen, das in Reihe zum Widerstand 60 in der Plus-Verbindungsleitung 39 vorgesehen ist. Auch das zweite Schalterelement 63 ist mit der Steuereinrichtung 64 verbunden. Das Vorhandensein des zweiten Schalterelements 63 ist optional, so daß auf dieses Schalterelement auch verzichtet werden könnte. Die Steuereinrich­ tung 64 ist schließlich mit der Steuerung 27 für den hydraulischen Stelltrieb 20 ver­ bunden.

Nachfolgend wird nun die Funktionsweise der Vorrichtung 50 zur Anlaufstrombe­ grenzung beschrieben. Wenn Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher 24 oder den Stellzylinder 26 (siehe Fig. 1) hineingepumpt werden soll, erhält die Steuereinrich­ tung 64 von der Steuerung 27 das Signal, daß der elektrische Antrieb 22 und damit die Pumpe 21 angeschaltet werden soll. Über die Steuereinrichtung 64 werden nun die Schalterelemente 63, 62 in entsprechender Weise geschaltet.

Um die Anlaufstromspitzen reduzieren zu können, muß der Widerstand 60 zunächst aktiviert werden. Dazu wird das zweite Schalterelement 63 geschlossen, während das erste Schalterelement 62 geöffnet wird. Der Strom fließt somit über den Wider­ stand 60 zum elektrischen Antrieb 22. Dadurch wird der Strom im elektrischen An­ trieb 22 begrenzt. Nach der Anlaufphase des elektrischen Antriebs 22, wenn der Strom den für den Normalbetriebszustand erforderlichen Wert erreicht hat, werden die Schalterelemente 62, 63 derart geschaltet, daß der Widerstand 60 überbrückt wird. Dazu wird bei geschlossenem zweiten Schalterelement 63 nunmehr auch das erste Schalterelement 62 geschlossen, so daß der Strom über die Bypass-Leitung 61 und damit am Widerstand 60 vorbeifließt und diesen überbrückt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 50 zur An­ laufstrombegrenzung als Einrichtung 70 zur Taktung der Versorgungsspannung aus­ gebildet. Die Einrichtung 70 zur Taktung der Versorgungsspannung verfügt über eine Steuereinrichtung 71, die mit einem oder mehreren Schalterelementen 72, 73 ver­ bunden ist. Üblicherweise reicht es aus, wenn jeweils ein einziges Schalterelement vorgesehen ist, das entweder in der Plus-Verbindungsleitung 39 (Schalterelement 72) oder der Minus-Verbindungsleitung 40 (Schalterelement 73) vorgesehen ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß jeweils in beiden Verbindungsleitungen 39, 40 ein Schalterelement 72, 73 vorgesehen ist.

Wenn die Steuereinrichtung 71 von der Steuerung 27 des hydraulischen Stelltriebs 20 ein entsprechendes Signal erhält, wird das Schalterelement 72, beziehungsweise 73, in entsprechender Weise geschlossen, beziehungsweise geöffnet, so daß die bei Inbetriebnahme des elektrischen Antriebs 22 auftretenden Anlaufstromspitzen wirk­ sam reduziert werden können. Dazu wird das Schalterelement 72, beziehungsweise 73, zu Anlaufbeginn zunächst sehr kurz und anschließend sukzessive immer länger geschlossen. Wie eine Taktung vorteilhaft durchgeführt werden kann, ist im Rahmen der allgemeinen Beschreibung detailliert erläutert worden, so daß an dieser Stelle diesbezüglich auf die genannten Ausführungen verwiesen wird.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung (Kupplung/Getriebe)

11

Nehmerzylinder

12

Hydraulikleitung

20

hydraulischer Stelltrieb

21

Pumpe

22

elektrischer Antrieb

23

Vorratsbehälter

24

Druckspeicher

25

Steuerventil

26

Stellzylinder

27

Steuerung

28

Steuerung (Druck)

29

Sensorelement zur Bestimmung der Temperatur

30

Signalleitung

31

Sensorelement zur Bestimmung des Systemdrucks

32

Signalleitung

33

Signalleitung

34

Rückschlagventil

35

Druckbegrenzungsventil

36

Rückführleitung

37

Anzeige-/Speichereinrichtung

38

elektrische Leistungsquelle (Batterie)

39

Plus-Verbindungsleitung

40

Minus-Verbindungsleitung

50

Vorrichtung zur Anlaufstrombegrenzung

60

Widerstand

61

Bypass-Leitung

62

erstes Schalterelement

63

zweites Schalterelement

64

Steuereinrichtung

70

Einrichtung zur Taktung der Versorgungsspannung

71

Steuereinrichtung

72

Schalterelement

73

Schalterelement

Claims (20)

1. Elektrischer Antrieb für ein Bauteil, insbesondere eine Pumpe, in einem hydrau­ lischen Stelltrieb für eine Vorrichtung, vorzugsweise eine Kupplung und/oder ein Getriebe, wobei der elektrische Antrieb (22) mit einer elektrischen Leistungsquel­ le (38) verbunden oder verbindbar ist, und wobei der elektrische Antrieb (22) ei­ nem im Vergleich zum Normalbetriebszustand hohen Anlaufstrom ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antrieb (22) zur Begrenzung des Anlaufstroms eine Vorrichtung (50) zur Anlaufstrombegrenzung aufweist.

2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (50) zur Anlaufstrombegrenzung einen zumindest zeitweilig, insbesondere im Anlaufzeitraum des elektrischen Antriebs (22), zuschaltbaren Widerstand (60) aufweist.

3. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider­ stand (60) in der Plus-Verbindungsleitung (39) oder der Minus- Verbindungsleitung (40) des elektrischen Antriebs (22) zur elektrischen Leis­ tungsquelle (38) vorgesehen ist.

4. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Widerstand (60) umgehende Bypass-Leitung (61) vorgesehen ist und daß in der Bypass-Leitung (61) ein erstes Schalterelement (62) angeordnet ist.

5. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (39; 40), in der der Widerstand (60) vorgesehen ist, ein zweites Schalterelement (63) angeordnet ist.

6. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (50) zur Anlaufstrombegrenzung eine Steuereinrichtung (64) zur Be­ tätigung des/der Schalterelements/Schalterelemente (62, 63) aufweist.

7. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung (50) zur Anlaufstrombegrenzung als Einrichtung (70) zur Taktung der Ver­ sorgungsspannung für den elektrischen Antrieb (22) ausgebildet ist.

8. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung (70) zur Taktung der Versorgungsspannung als Einrichtung zur Pulswei­ tenmodulation ausgebildet ist.

9. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (70) zur Taktung der Versorgungsspannung eine Steuereinrichtung (71) aufweist, die mit wenigstens einem Schalterelement (72; 73) verbunden ist, das/die in der Plus-Verbindungsleitung (39) und/oder der Minus- Verbindungsleitung (40) des elektrischen Antriebs (22) zur elektrischen Leis­ tungsquelle (38) vorgesehen ist/sind.

10. Elektrischer Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Steuereinrichtung (71) die Öffnungs- und Schließzeiten des wenigstens einen Schalterelements (72; 73) variiert werden oder variierbar sind.

11. Elektrischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung (50) zur Anlaufstrombegrenzung zumindest teilweise im elektrischen Antrieb (22) ausgebildet ist.

12. Hydraulischer Stelltrieb für eine Vorrichtung (10), insbesondere eine Kupplung und/oder ein Getriebe, mit einer Steuerung (27; 28) und einer mittels eines elekt­ rischen Antriebs (22) antreibbaren Pumpe (21), über die wenigstens ein Stellzy­ linder (26) mit einer Hydraulikflüssigkeit gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die Pumpe (21) antreibende elektrische Antrieb (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 gebildet ist.

13. Hydraulischer Stelltrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest Teilkomponenten der Vorrichtung (50) zur Anlaufstrombegrenzung in der Steuerung (27; 28) integriert sind.

14. Hydraulischer Stelltrieb nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teilkomponenten der Vorrichtung (50) zur Anlaufstrombegren­ zung im Kabelbaum des hydraulischen Stelltriebs (20) integriert sind.

15. Hydraulischer Stelltrieb nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser für eine Kupplung und/oder ein Getriebe in einem Fahrzeug verwendet wird.

16. Hydraulischer Stelltrieb nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser Bestandteil eines ASG-Systems ist.

17. Hydraulischer Stelltrieb nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser Bestandteil eines EKS-Systems ist.

18. Verwendung eines elektrischen Antriebs (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem hydraulischen Stelltrieb (20) für eine Vorrichtung (10), insbesondere für eine Kupplung und/oder ein Getriebe.

19. Verwendung eines elektrischen Antriebs (22) nach Anspruch 18 zum Betreiben einer Pumpe (21).

20. Verwendung eines elektrischen Antriebs (22) nach Anspruch 18 oder 19 in ei­ nem hydraulischen Stelltrieb (20) in einem Fahrzeug.