DE10037486A1 - Aktuator - Google Patents

Abstract

Aktuator (1) mit einer Gehäuse-Einheit (4), in der eine Welle (7) mindestens einen Arbeitskolben (13) und mindestens zwei Zentrierkolben (9, 10) trägt und der Arbeitskolben (13) mindestens zwei Nuten (20) aufweist, in die eine mit der Welle (7) verbundene Mitnahme-Einheit (16) eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aktuatoren werden häufig zu einer aktiven Regelung des Fahrwerks, d. h. zum aktiven Wankausgleich mittels eines in der Vorspannung veränderlichen Stabilisators, verwendet. Dabei erfolgt eine Änderung der Vorspannung des Stabilisa­ tors, bzw. eine Verdrehung zweier Stabilisatorhälften zu­ einander. Diese Verdrehung kann über einen im Stabilisator­ rücken integrierten Schwenkmotor oder durch verstellbar ausgeführte Stabilisatorstützen erfolgen.

In der EP 344 183 B1 ist ein Aktuator in Form einer formschlüssigen Wellenkupplung beschrieben, bei der ein schnelles Ein- bzw. Auskuppeln zweier Wellenteile dadurch ermöglicht wird, daß mindestens eine der beiden Kupplungs­ hälften mit Mitnehmern ausgestattet ist, die in Ausspärun­ gen der anderen Kupplungshälfte oder eines damit verbunde­ nen Teils eingreifen und die relative Lage der Mitnehmer in zwei Schaltstellungen veränderbar ist, so daß verschiedene Drehwinkel zwischen den zu kuppelnden Wellenteilen ein­ stellbar sind. Die Kupplungshälften weisen am Umfang ver­ teilt Mitnehmer in Form von Mitnahmebolzen auf, die Rollen tragen. Diese greifen in als Führungsnuten ausgebildete Aussparungen einer Kupplungsmuffe ein.

Nachteilig wirkt sich an dem Stand der Technik, wie er in der EP 344 183 B1 beschrieben ist, die Tatsache aus, daß man aufgrund des Konstruktionsprinzips mit den am Umfang verteilten Mitnehmern einen großen radialen Einbauraum be­ nötigt, was vor allem die Bodenfreiheit bei Off-Road- Fahrzeugen einschränkt und daß durch die Vielzahl an klei­ neren Bauteilen eine hohe Schmutzempfindlichkeit gegeben ist, die die Funktion beeinträchtigen kann. Zudem wird ein hoher Energiebedarf zum verstellen und starr verbinden be­ nötigt, sodaß bei einem Energieabfall eine selbsttätige Rückkehr des Stabilisators in seine Ursprungslage nicht gewährleistet ist.

Weiterhin können die Eigenschaften des Aktuators nur durch aufwendige Veränderungen der Konstruktion verändert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen entkoppelbaren Aktuator darzustellen, der in seiner radialen Erstreckung klein baut, stellungsunabhängig ge­ schaltet und leicht an verschiedene Fahrzeugtypen und Ver­ wendungszwecke angepaßt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Aktuator gelöst.

Ein erfindungsgemäßer Aktuator ersetzt im normalen Straßenverkehr den konventionellen, mechanischen Stabilisa­ tor und übernimmt dessen Federungs- und Führungsaufgaben. Der Aktuator befindet sich zwischen den Stabilisatorhälften und bewirkt bei starken Verschränkungen des Fahrzeugs ein Entkoppeln der beiden Stabilisatorhälften. Dadurch wird die Stabilisatorwirkung aufgehoben und das Fahrzeug durch eine bessere Verteilung der Aufstandskräfte zwischen ein- und ausgefederten Fahrzeugrädern stabilisiert, was zu einer besseren Traktion führt.

Die Stabilisatorhälften können unabhängig von ihrer momen­ tanen Stellung wieder gekoppelt werden. Über Zentrierkolben werden die Stabilisatorhälften mittig zentriert. In Mittel­ stellung kann der Aktuator mechanisch blockiert werden, was einerseits energetisch günstig ist, da keine Leckölverluste kompensiert werden müssen und andererseits als Rückfallebe­ ne im Falle des Ausfalls der Hydraulik verwendet werden kann.

Um unzulässig hohe Drehmomente an den Stabilisatorhälften zu vermeiden, die zu Verspannungen im Aktuator und damit zu einer eingeschränkten Funktionalität führen können, kann der Aktuator hydraulisch vorgespannt werden. Dazu wird ein Speicherdruck auf einen Grenzwert eingestellt und somit die Steifigkeit des Aktuators spezifisch eingestellt.

Der Aktuator setzt sich aus einer Gehäuse-Einheit, beste­ hend aus Gehäuseboden, -deckel und einem Zylinderrohr, ei­ nem Arbeitskolben, der in der Gehäuse-Einheit geführt wird, Zentrierkolben, die ebenfalls in der Gehäuse-Einheit ge­ führt werden und in Mittelstellung an dem Arbeitskolben anliegen, und einer Welle, die mit einem Flansch, einer Mitnahme-Einheit und einer Axialführung verbunden ist, zu­ sammen. Die Mitnahme-Einheit besteht vorzugsweise aus drei Mitnahmebolzen, die in entsprechende Nuten im Arbeitskolben eingreifen. Der Arbeitskolben ist gegen Verdrehen und die Welle gegen eine Axialbewegung gesichert. Dadurch führt eine relative Verdrehung der Welle gegenüber dem Gehäuse zu einer Längsbewegung des Arbeitskolbens. Durch entsprechende Gestaltung der Nuten im Arbeitskolben kann die Kennlinie des Aktuators frei gewählt werden. So kann man mit dem er­ findungsgemäßen Aktuator auch variable Steifigkeits- Kennlinien erzeugen und an jeden Fahrzeugtyp individuell anpassen.

Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Aktuators an jeder Fahrzeugachse ist es möglich, durch ein aktives Aufbringen eines Drehmomentes auf die Stabilisatorhälften, das Fahr­ zeug künstlich aufzurichten, um einer Wankbewegung entge­ genzuwirken. Durch Verschalten eines erfindungsgemäßen Ak­ tuators mit einem Proportionalventil kann einer Wankbewe­ gung des Kraftfahrzeugs aktiv entgegengewirkt werden. Be­ reits beim Entstehen einer Wankneigung wird aktiv durch Druckbeaufschlagung des jeweiligen Druckraums eingegriffen und ein äquivalentes Gegenmoment aufgebracht.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin­ dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An­ sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipge­ mäß beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein konstruktives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ak­ tuators,

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemä­ ßen Aktuators und

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Aktuator mit zugehö­ rigem Hydraulikschaltplan.

Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Aktua­ tor 1, der aus einer Gehäuse-Einheit 2 besteht. Die Gehäu­ se-Einheit 2 setzt sich aus einem Zylinderrohr 3, einem Gehäuseboden 4 und einem Gehäusedeckel 5 zusammen. Der Ge­ häuseboden 4 und der Gehäusedeckel 5 sind fest mit dem Zy­ linderrohr 3 verbunden. Ein Flansch 6 ist über eine Welle 7 mit dem, Gehäuseboden 4 verbunden. Die Welle 7 weist eine Axialführung 8 auf, die eine Spielfreiheit in axialer Rich­ tung gewährleistet. Auf der Welle 7 sind zwei Zentrierkol­ ben 9 und 10 begrenzt axial verschiebbar gelagert. Die axiale Verschiebbarkeit des Zentrierkolbens 9 wird durch den Gehäusedeckel 5 und ein Befestigungselement 11 be­ stimmt. Der Zentrierkolben 10 läßt sich zwischen dem Gehäu­ seboden und einem Befestigungselement 12 axial bewegen. Ein Arbeitskolben 13 ist über Befestigungselemente 15 mit einen Deckel 14 verbunden. In Mittelstellung liegen die Zentrier­ kolben 9, 10 am Arbeitskolben 13 an. Im Arbeitskolben 13 ist eine Mitnahme-Einheit 16 integriert. Ein fest mit der Welle 7 verbundener Mitnehmerstern 17 weist mehrere Mitnah­ mebolzen 18 auf, die in Nadellagern 19 geführt werden. Die­ se in den Nadellagern 19 geführten Mitnahmebolzen 18 grei­ fen in Nuten 20 im Arbeitskolben 13 ein. In dem Mitnehmer­ stern 17 ist ein über eine Feder 24 vorgespannter Arretier­ bolzen 25 enthalten, der bei Ausfall der Hydraulik zu einer Mittenblockierung führt. Im Arbeitskolben 13 ist eine Füh­ rungsnut 21 integriert, in der eine Paßfeder 22 sitzt. Die Paßfeder 22 ist über ein Befestigungselement 23 mit dem Zylinderrohr 3 drehfest verbunden. Alternativ kann auch ein Kugelführungspaket 26 zur Verdrehsicherung vorgesehen wer­ den.

In Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Aktuators 1 näher beschrieben. Der hier beschriebe­ ne Aktuator 1 hat als zusätzliche Aufgabe eine automatische Wankunterdrückung integriert. Durch Verlängerung des Gehäu­ sebodens 4 entsteht ausreichend Platz, um ein Drehschieber­ ventil 27 zu integrieren. Das Drehschieberventil 27 besteht aus einem Drehschieber 28 und einer Steuerbuchse 29, die jeweils Steuernuten 30 und 31 aufweisen. Der Drehschie­ ber 28 bzw. dessen Steuernuten 30 können auch in eine Ver­ längerung eines Axialführungsstummels 32 der Welle 7 einge­ arbeitet werden. Die auf den Drehschieber 28 aufgeschobene Steuerbuchse 29 muß dann lediglich auf dem Drehschieber 28 axial gesichert und gegenüber dem Gehäuseboden 4 gegen Ver­ drehen fixiert werden. Auf diese Weise gibt die nicht mehr drehmomentbelastete Verlängerung der Welle 7 eine Relativ­ verdrehung der Stabilisatorhälften simultan an den Dreh­ schieber 28 weiter. Dieser versorgt dann Druckräume 33 und 34 mit dem notwendigen Druck, um der parallel zur Ver­ drehung der nicht dargestellten Stabilisatoren ablaufenden Verschiebung des Arbeitskolbens 13 entgegenzuwirken. Über den Drehschieber 28 erfolgt eine Mittenzentrierung, so daß iri diesem Anwendungsfall auf die Zentrierkolben ganz ver­ zichtet werden kann, was zu Einsparungen in der Baulänge des Aktuators 1 führt.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 mit zugehörigem Hydraulikschaltplan. Eine von einem Motor 35 angetriebene Pumpe 36, die über einen Druckschalter 37 und ein Rückschlagventil 38 abgesichert ist, versorgt den Ak­ tuator 1 mit Druckmedium. Durch Bestromung eines Ventils 44 werden Druckräume 39 und 40 drucklos geschaltet und mit dem Tankrücklauf 45 verbunden. Druckräume 41 und 42 sind durch ein unbestromtes und in Mittenstellung zentriertes Ven­ til 46 ebenfalls mit dem Tankrücklauf 45 verbunden. Ein Druckraum 43 wird durch Bestromung eines Ventils 48 mit Druck beaufschlagt, so daß die Arretierbolzen 25 gegen die Kraft der Feder 24 geöffnet werden und den Arbeitskolben 13 freigeben.

Im normalen Fahrbetrieb wird das Ventil 44 stromlos ge­ schaltet und damit der Speicherdruck zu den Druckräumen 39 und 40 geführt. Dadurch werden die beiden Zentrierkolben 9 und 10 gegen ihre mechanischen Anschläge in Form von Befe­ stigungselementen 11 und 12 geschoben und der Arbeitskol­ ben 13 somit in Mittenstellung zentriert. Das Drehmoment an der Welle 7 kann so lange erhöht werden, bis die sich im Arbeitskolben 13 aufbauenden Axialkraft so groß ist wie die durch den Speicherdruck in den Druckräumen 39 und 40 auf die Zentrierkolben 9 und 10 wirkende Gegenkraft. Bei weiter steigendem Drehmoment setzt sich der Arbeitskolben 13 in Bewegung und es wird Druckmedium aus den Druckräumen 39 und 40 in einen Speicher 47 gedrückt. Die Druckräume 41 und 42 können wechselseitig über das Ventil 46 druckbeauf­ schlagt werden. Die Zentrierkolben 9 und 10 fahren dann an ihren äußeren mechanischen Anschlag. Durch eine Verschie­ bung des Arbeitskolbens 13 können somit Fahrzeugachsen zur Verbesserung der Traktion beeinflußt werden. Durch den Druckschalter 37 kann der Speicherdruck auch während der Fahrt verstellt werden.

Bezugszeichen

1

Aktuator

2

Gehäuse-Einheit

3

Zylinderrohr

4

Gehäuseboden

5

Gehäusedeckel

6

Flansch

7

Welle

8

Axialführung

9

Zentrierkolben

10

Zentrierkolben

11

Befestigungselement

12

Befestigungselement

13

Arbeitskolben

14

Deckel

15

Befestigungselement

16

Mitnahme-Einheit

17

Mitnehmerstern

18

Mitnahmebolzen

19

Nadellager

20

Nuten

21

Führungsnut

22

Paßfeder

23

Befestigungselement

24

Feder

25

Arretierbolzen

26

Kugelführungspaket

27

Drehschieberventil

28

Drehschieber

29

Steuerbuchse

30

Steuernuten

31

Steuernuten

32

Axialführungsstummel

33

Druckraum

34

Druckraum

35

Motor

36

Pumpe

37

Druckschalter

38

Rückschlagventil

39

Druckraum

40

Druckraum

41

Druckraum

42

Druckraum

43

Druckraum

44

Ventil

45

Tankrücklauf

46

Ventil

47

Speicher

48

Ventil

Claims (7)

1. Aktuator (1) mit einer Gehäuse-Einheit (4), in der eine Welle (7) mindestens einen Arbeitskolben (13) und min­ destens zwei Zentrierkolben (9, 10) trägt und der Arbeits­ kolben (13) mindestens zwei Nuten (20) aufweist, in die eine mit der Welle (7) verbundene Mitnahme-Einheit (16) eingreift.

2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Stabilisatorhälften über die Zentrierkolben (9, 10) stellungsunabhängig zentriert werden können.

3. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Aktuator (1) mechanisch in Mittenstellung blockiert werden kann.

4. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Aktuator (1) zur Ver­ meidung von Verspannungen hydraulisch vorgespannt werden kann, um Drehmomente an den Stabilisatorhälften abzuregeln.

5. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Aktuator (1) veränder­ liche Steifigkeiten durch variabel gestaltbare Nuten (20) im Arbeitskolben (13) darstellen kann.

6. Aktuator (1) nach Ansprüch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Arbeitskolben (13) ge­ gen Verdrehen und die Welle (7) gegen Axialbewegung gesi­ chert sind.

7. Verwendung von mindestens einem Aktuator (1), der nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, der mit einem Drehschieberventil (27) kombiniert ist und durch ein aktives Aufbringen von Drehmomenten auf die Sta­ bilisatorhälften zur Unterdrückung von Wankbewegungen von Karosserieaufbauten bei Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.