DE102007051935A1

DE102007051935A1 - Hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine Schließeinrichtung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102007051935A1
Application number: DE200710051935
Authority: DE
Inventors: Laurentius Andreas Gerardus Mentink; Daniel Vant't Veen; Willem Herman Masseling
Original assignee: Actuant Corp
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2008-05-08
Also published as: NL1032772C2

Abstract

Eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine bewegbare Schließeinrichtung zum Schließen einer Öffnung einer Kraftfahrzeugkarosserie wie zum Beispiel für ein bewegbares Dach, ein Faltdach oder ein einziehbares Hard-Top oder einen Kofferraumdeckel, eine (fünfte) Tür oder dergleichen.
Die Betätigungsvorrichtung umfasst eine radiale Kolbenpumpeneinheit und einen mit der Pumpeneinheit verbundenen hydraulischen Aktuator, der eingerichtet ist, um die Schließeinrichtung anzutreiben.
Die radiale Kolbenpumpeneinheit hat ein Gehäsue mit einem darin angeordneten Hohlraum, einen Achszapfen in dem Hohlraum, der an dem Gehäuse angebracht ist, einen in dem Hohlraum aufgestellten und um den Achszapfen drehbaren Rotor, der mit mehreren radialen Bohrungen versehen ist, wobei in jeder Bohrung ein Kolben hin- und herbewegbar ist und um den Rotor eine ringförmige Lauffläche vorgesehen ist, die im Hinblick auf den Achszapfen exzentrisch angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine bewegbare Schließeinrichtung zum Verschließen einer Öffnung in einer Fahrzeugkarosserie, zum Beispiel für ein bewegbares Dach, ein Faltdach oder ein einziehbares Hard-Top oder einen Kofferraumdeckel, eine fünfte Tür oder dergleichen.
Es ist bekannt, einer solchen Betätigungsvorrichtung eine radiale Kolbenpumpeneinheit der in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art zuzuordnen. Eine solche Pumpeneinheit ist zum Beispiel in der NL 1012151 gezeigt.
Der Antragsteller liefert hydraulische Betätigungsvorrichtungen für ein bewegbares Dach eines Personenfahrzeugs als Cabrioletausführung mit einer Kolbenpumpeneinheit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art. In der bekannten Ausführungsform ist der Pumpenrotor mit vier Bohrungen versehen. Die dort hineinpassenden Kolben sind besonders klein und haben jeweils einen Durchmesser von 3,5 Millimeter, wobei die Hublänge ebenfalls sehr klein ist und bloß 3 Millimeter beträgt. Durch die relativ hohe Drehzahl des Rotors, welche abhängig von der Ausführungsform der Pumpe in der Praxis zwischen 3.000 und 7.000 Umdrehungen/min beträgt, wird durch diese kleinen Kolben mit kleinem Hub in der Praxis ein Durch satz von beispielsweise 0,6 bis 1,6 Liter/min bei den Betrieb der Pumpe ohne Gegendruck möglich und bei einem maximalen Arbeitsdruck von 200 bar ist der Durchsatz der bekannten Kolbenpumpeneinheiten maximal ca. 0,5 Liter/min.
Der vorgesehene Elektromotor ist häufig von der Bauart mit einer umkehrbaren Drehrichtung, so dass auch die Drehrichtung des Rotors umkehrbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass abhängig von der Drehrichtung des Motors nach Wahl der erste und der zweite Kanal des Ansaugkanals für das Ansaugen von hydraulischer Flüssigkeit der Pumpe oder nach Wahl des Abfuhrkanals für das Abgeben von hydraulischer Flüssigkeit unter Druck sein werden.
Solche hydraulischen Betätigungsvorrichtungen werden beispielsweise häufig in relativ kostspieligen Personenkraftwagen, zum Beispiel in Cabrioletausführung, eingesetzt. Bei solchen Autos ist das Geräuschniveau selbst für die Art des Antriebs, der im Grundprinzip immer wieder wenn auch nur relativ kurz in Betrieb ist, um das betreffende Schließelement anzutreiben, fortwährend ein relevanter Punkt.
In diesem Fachgebiet sind zahllose Entwicklungen gemacht worden, um eine signifikante Reduktion des Geräusches zu erreichen, welches durch die radiale Kolbenpumpeinheit erzeugt wird. Die bekannten Lösungen sind eher sehr kom plex und kostspielig und darum aus ökonomischer Sicht nicht akzeptabel.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, eine hydraulische Betätigungsvorrichtung der in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art mit einer radialen Kolbenpumpeneinheit, die im Betrieb weniger Geräusche erzeugt, bereitzustellen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel in überraschender Weise mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchmesser jedes der Kolben in dem Bereich von 1,5 Millimeter bis zu 2,8 Millimeter liegt und dadurch, dass die ringförmige Lauffläche exzentrisch ist, so dass die Länge des Hubes jedes der Kolben größer ist als der Durchmesser des Kolbens und beispielsweise im Bereich von 3 bis zu 6 Millimeter liegt.
Aus den durch den Antragsteller ausgeführten Vergleichsexperimenten wird überraschenderweise vollständig ersichtlich, dass dieser sehr geringe Durchmesser des Kolbens, welcher eine signifikante Reduktion bildet, im Hinblick auf den doch sehr geringen Durchmesser bei der bekannten radialen Kolbenpumpe eine signifikante Reduktion des verursachten Geräusches mit sich bringt.
In einem hier als Beispiel aufgeführten Vergleichsexperiment wird eine bekannte Pumpeneinheit, die mit einem Ro tor erprobt ist, mit vier Bohrungen mit Kolben mit einem Durchmesser von 3,5 Millimeter und einer Hublänge von 3 Millimeter versehen. Ferner wird eine Pumpeneinheit gemäß der Erfindung, welche mit einem Rotor erprobt ist, mit acht Bohrungen mit darin jeweils einem Kolben von 2,5 Millimeter Durchmesser versehen, wobei die Hublänge 3 Millimeter beträgt. Bei diesen Versuchen war der Durchsatz der beiden Pumpeneinheiten gleich. In groben Zügen wird bei der bekannten Pumpeneinheit ein Geräuschniveau von 65 dB(A) gemessen und bei der neuen Pumpeneinheit ein Geräuschniveau von ungefähr 62 dB(A). Dies entspricht in der Praxis ungefähr einer Halbierung des Geräusches und ist somit eine sehr signifikante Verbesserung beispielsweise bei dem Einbau der Pumpe in einem Personenkraftwagen.
Hierbei wird angemerkt, dass in einem anderen Versuch des Antragstellers in die Pumpeneinheit ein Rotor mit 8 Bohrungen eingesetzt wurde, wobei in jede Bohrung ein Kolben mit 3,5 Millimeter eingesetzt wurde, und dann die Exzentrizität der Lauffläche angepasst wurde, so dass der Hub eher 1,5 Millimeter betrug. Hierbei war der Durchsatz gleich dem Durchsatz bei den zwei hiervor beschriebenen Versuchen. Bei diesem Experiment wurde keine wesentliche Reduktion des Geräuschniveaus wahrgenommen.
Der Antragsteller leitet aus diesen Experimenten ab, dass die Wahl eines Kolbens mit einem noch kleineren Durchmesser in einer solchen Kolbenpumpeneinheit überraschend im Ganzen zu einer signifikaten Reduktion des Geräuschniveaus führt. Möglicherweise findet sich, auch wenn das im Moment nicht deutlich ist, eine Erklärung dafür in der geringeren Oberfläche der Kolben und in der Interaktion mit der Flüssigkeit (hydraulische Öle) in der Bohrung mit dieser sehr kleinen Oberfläche. Soweit dem Antragsteller bekannt ist, ist diese Maßnahme der Verkleinerung des Kolbendurchmessers in diesem Fachgebiet bis zum heutigen Tag niemals als einflussnehmend auf das Geräusch der Pumpeneinheit beschrieben worden.
Es sollte deutlich sein, dass die weitere Reduktion des Kolbendurchmessers produktionstechnisch Probleme mit sich bringt, weil zum Beispiel die kleinen Werkzeuge zur Herstellung und Nachbearbeitung (beispielsweise Reinigen, um ungewünschte Leckverluste zu vermeiden) der Bohrungen anfällig für Beschädigungen sind und diese Werkzeuge vorsichtig (und relativ langsam) bei der Produktion eingesetzt werden müssen. Dabei sollte bemerkt werden, dass diese Art von Pumpeneinheiten in Massen gefertigt werden, um der Nachfrage in der Automobilindustrie nachzukommen. Die praktische Untergrenze des Kolbendurchmessers für dieses Einsatzgebiet liegt damit bei 1,5 Millimeter und der bevorzugte Durchmesser der Kolben liegt zwischen 2,2 und 2,8 Millimeter. Die produktionstechnischen hier beispielsweise genannten Nachteile werden durch die erreichbare Reduktion des Geräusches gerechtfertigt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Karosserie und mit einer bewegbaren Schließeinrichtung, wie zum Beispiel einem bewegbaren Dach, einem Faltdach oder einem einziehbaren Hard-Top oder einem Kofferraumdeckel, eine (fünfte) Tür oder ähnlichem, um eine Öffnung in der Karosserie zu verschließen, wobei das Kraftfahrzeug mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung versehen ist.
Die Erfindung soll hiernach anhand der Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung ist ausschließlich eine Ausführungsform der Kolbenpumpeneinheit für hydraulische Betätigungsvorrichtungen für eine bewegbare Schließeinrichtung zum Schließen einer Öffnung in einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung gezeigt. Beispiele eines Personenautos der Cabrioletbauweise sowie von hydraulischen Betätigungsvorrichtungen, in denen die Kolbenpumpeneinheit aufgenommen werden kann, sind beispielsweise aber nicht beschränkend in der EP 941 882 und der EP 693 389 des Antragstellers gezeigt.
In der Zeichnung zeigt:
die 1 in Seitenansicht und teilweise im Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Kolbenpumpeneinheit in der hydraulischen Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
die 2 einen Teil der Wiedergabe der 1 in einem größeren Maßstab,
die 3 die Kolbenpumpeneinheit gemäß der 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B.
Die gezeigte radiale Kolbenpumpeneinheit 1 umfasst einen Elektromotor 10, eine radiale Kolbenpumpe 20 und in diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Reservoir 40 für hydraulische Flüssigkeit. Bevorzugterweise liegen diese drei Komponenten im Wesentlichen in der jeweiligen Verlängerung mit der Kolbenpumpe 20 in ihrer Mitte, obwohl andere Ausführungsformen bekannt sind und in Kombination mit dem Erfindungsgedanken möglich sind.
Der Elektromotor 10 hat eine rotierende Abtriebswelle 11 an der der Pumpe 20 zugewandten Seite. Der Motor 10 ist beispielsweise von der Niederspannungs-Gleichstrombauweise, die mit einer herkömmlichen Stromversorgung in einem Kraftfahrzeug zu versorgen ist, mit einer relativ hohen Drehzahl der ausgehenden Achse 11 wie bereits in der Einleitung offenbart. Der Motor 10 ist obendrein mit einer umkehrbaren Drehrichtung der ausgehenden Achse 11 versehen.
Die radiale Kolbenpumpe 20 hat ein Gehäuse 21, in dem ein Hohlraum 22 vorgesehen ist. An dem Gehäuse 21 ist ein Achszapfen 23 angebracht, der hier einerseits in eine geeignete Aufnahmebohrung in das Gehäuse 21 eingesetzt und darin befestigt ist und welche sich andererseits bis in den Hohlraum 22 hinein erstreckt. Um den sich erstreckenden Teil des Achszapfens 23 ist ein Rotor 24 in dem Hohlraum 22 angeordnet.
Eine geeignete Kopplung zwischen dem Rotor 24 und der benachbarten Abtriebswelle 11 des Motors 10 macht es möglich, dass der Rotor 24 mit der relativ hohen Drehzahl um den Achszapfen 23 dreht, wobei die Rotation in beide Richtungen möglich ist und durch die Ansteuerung des Motors 10 eingestellt wird. Hierbei wird angemerkt, dass die Abtriebswelle 11 hier mit dem Achszapfen 23 auf einer Linie liegt.
In der gezeigten Ausführung ist die Kopplung durch einen Vorsprung des Rotors 24, hier ein Stift 12, der in eine im Wesentlichen radiale Vertiefung 13 eines an der Abtriebswelle 11 montierten Kopplungsvorrichtung 14 steckt, realisiert.
Der Rotor 24 ist zum Beispiel aus Bronze gefertigt. Beispielsweise ist der Achszapfen aus gehärtetem Stahl gefertigt. In einer Variante für den Betrieb bei hohen Temperaturen und/oder Druck kann ein Rotor aus Stahl vorgesehen sein, zum Beispiel Automatenstahl und ein Achszapfen aus rostfreiem Stahl, wie beispielsweise in der NL 1012151 des Antragstellers offenbart ist.
Der Rotor 24 ist hier mit vier radialen Bohrungen 25 versehen, die hier gleichmäßig rund auf dem Umfang des Rotors verteilt sind.
Die Bohrungen 25 erstrecken sind von der Öffnung des Achszapfens 23 aus bis an den Außenumfang des Rotors 24 und haben bevorzugterweise über ihre gesamte Länge den selben Durchmesser.
In jede der Bohrungen 25 ist ein Kolben 26 eingesetzt, der in der Bohrung hin und her bewegbar ist. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeder Kolben 26 als ein massiver Stift ausgeführt, welcher über seine gesamte Länge einen im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser hat. Durch ein geeignetes geringes Spiel, welches zwischen dem Kolben und der Bohrung zu realisieren ist, können Leckverluste beschränkt bleiben.
In dem Gehäuse 21 zwischen der Lauffläche des Rotors 24 ist ein Lager, hier ein Kugellager 30, angeordnet. Der metallische Außenring 31 des Lagers 30 ist in einen geeigneten Sitz des Gehäuses 21 eingepasst. Der metallische Innenring 32 ist hier von Seiten der Zwischenanordnung der Lagerkugel oder ähnlichem in Reihe drehbar.
In einer Variante ist die Lauffläche der Kolben durch ein Gleitlager gebildet.
Die Kolben 26 liegen zumindest im Betrieb der Pumpe 20 mit nach außen gerichteten Kopfflächen an dem metallischen Innenring 32 an, beispielsweise durch die zur Zentrifugalkräfte.
Wie aus der 3 deutlich wird, ist der Achszapfen 23 exzentrisch im Hinblick auf die durch den Innenring 32 geformten Lauffläche für die Kolben 26 aufgestellt.
In dem Gehäuse 21 und dem Achszapfen 23 sind auf an sich bekannte Weise ein erster Kanal 34 für hydraulische Flüssigkeit und ein zweiter Kanal 35 für hydraulische Flüssigkeit vorgesehen. Diese Kanäle 34, 35 haben jeweils eine Klappe in der Umfangsfläche des Achszapfens 23 an im Wesentlichen diametral einander gegenüber gelegenen Orten in dem Bereich, in dem die Bohrungen 25 in den Rotor 24 übergehen (siehe auch die 3). Durch diese Ausführungsform wird erreicht, dass die Bohrungen 25 bei der Rotation des Rotors 24 abwechselnd mit dem ersten Kanal 34 und dem zweiten Kanal 35 in Verbindung stehen und die Kolben 26 bei jeder Drehung des Rotors 24 um den Achszapfen 23 einen hin- und herbewegenden Hub in der zugehörigen Bohrung 25 ausführen.
Gemäß der Erfindung liegt der Durchmesser jedes der Kolben 26 in dem Bereich zwischen 1,5 Millimeter bis zu 2,8 Millimeter, vorzugsweise zwischen 2,2 und 2,8 Millimeter.
Die ringförmige Lauffläche des Innenlagers 32 (oder eines Gleitlagers) ist ferner vorzugsweise exzentrisch im Hinblick auf den Achszapfen 23 angeordnet, so dass die Länge des Hubes jedes der Kolben 25 im Bereich zwischen 3 und 6 Millimetern liegt.
Es sollte deutlich sein, dass der Rotor 24 auch eine andere Anzahl an Bohrungen und Kolben haben kann, beispielsweise mehr als vier Bohrungen, beispielsweise 7–14 Bohrungen.
Es soll ferner deutlich sein, dass die Pumpe auch eine Einrichtungspumpe sein kann.

Claims

Hydraulische Betätigungsvorrichtung für eine bewegbare Schließeinrichtung, wie zum Beispiel ein bewegbares Dach, ein Faltdach oder ein zurückziehbares Hard-Top oder zum Beispiel einem Kofferraumdeckel, eine (fünfte) Tür oder dergleichen zum Schließen einer Öffnung in einer Kraftfahrzeugkarosserie, wobei die Betätigungsvorrichtung umfasst – eine radiale Kolbenpumpeneinheit (1) mit einer radialen Kolbenpumpe (20), – einen mit der Kolbenpumpe (20) verbundenen hydraulischen Aktuator, der eingerichtet ist, um die Schließeinrichtung anzutreiben, wobei die radiale Kolbenpumpe (20) ein Gehäuse (21) umfasst, in dem ein Hohlraum (22) angeordnet ist, einen Achszapfen (23) in dem Hohlraum aufweist, der an dem Gehäuse (21) angebracht ist, und einen in dem Hohlraum vorgesehenen und um den Achszapfen (23) rotierbaren Rotor (24) hat, der mit mehreren radialen Bohrungen (25) versehen ist, wobei in jeder Bohrung (25) ein Kolben (26) hin- und herbewegbar ist und sich eine ringförmige Lauffläche (32) um den Rotor (24) erstreckt, die im Hinblick auf den Achszapfen (23) exzentrisch ist, wobei in dem Gehäuse (21) und dem Achszapfen (23) ein erster Kanal (34) für hydraulische Flüssigkeit und ein zweiter Kanal (35) für hydraulische Flüssigkeit vorgesehen sind, die Kanäle (34, 35) jeweils eine Klappe in der Umfangsfläche des Achszapfens (23) an im Wesentlichen diametral einander gegenüber gelegenen Positionen haben, so dass die Bohrungen (25) bei der Drehung des Rotors (24) abwechselnd mit dem ersten Kanal (34) und dem zweiten Kanal (35) in Verbindung stehen und die Kolben (26) bei jeder Drehung des Rotors um den Achszapfen (23) einen hin- und herbewegenden Hub in der zugehörigen Bohrung (25) ausführen, und wobei die radiale Kolbenpumpeneinheit (1) ferner einen Elektromotor (10) umfasst, um den Rotor (24) anzutreiben, zum Beispiel mit einer umkehrbaren Drehrichtung, so dass der Rotor selektiv in entgegengesetzte Richtungen drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser jeder der Kolben (26) im Bereich zwischen 1,5 Millimetern bis zu 2,8 Millimetern liegt und dass die ringförmige Lauffläche (32) derart exzentrisch ist, dass die Länge des Hubes jedes der Kolben (26) größer ist als der Durchmesser des Kolbens und vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 6 Millimetern liegt.
Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (26) massive Stifte mit einem über deren gesamten Länge im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser sind.
Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Bohrungen (25) und zugehörige Kolben (26) in dem Rotor (24) vorgesehen sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, welcher eine Karosserie und eine bewegbare Schließeinrichtung, um eine Öffnung in der Karosserie zu schließen, wie zum Beispiel ein bewegbares Dach, ein Faltdach oder ein einziehbares Hard-Top oder einen Kofferraumdeckel, eine (fünfte) Tür oder ähnliches, aufweist, wobei das Kraftfahrzeug mit einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung gemäß einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche versehen ist.