DE102011088672A1

DE102011088672A1 - Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011088672A1
Application number: DE102011088672A
Authority: DE
Inventors: Michael Weiss; Klaus Hahn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087235A1; CN104066996A; US20140299439A1

Abstract

Eine Aktuatoranordnung (10) zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung (14) oder eines Getriebes in einem Antriebsrad (12) in einem Riementrieb oder Kettentrieb, insbesondere einer regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfasst eine mit dem Antriebsrad (12) lösbar verbindbare Welle (16) mit einer Längsachse, wobei die Welle (16) zumindest teilweise in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, eine mit der Kupplungsvorrichtung (14) oder Getriebe verbundenen Schubstange (36), wobei die Schubstange (36) koaxial zu der Längsachse der Welle (16) verschiebbar angeordnet ist, ein Gehäuse (24) mit einer Innenbohrung (22) zur mindestens teilweisen Aufnahme der Welle (16), und mindestens ein erstes, in der Innenbohrung (22) des Gehäuses (24) angeordnetes Lager (18) zur drehbaren Lagerung der Welle (16). Erfindungsgemäß bildet die Aktuatoranordnung einen fluidischen Aktuator mit mindestens einem ersten, durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren Druckraum (30). Durch die Ausbildung eines fluidischen Aktuators durch die Aktuatoranordnung (10), kann ein hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Energiebedarf optimierter Aktuator zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung (14) bereitgestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung oder eines Getriebes in einem Antriebsrad in einem Kettentrieb oder Riementrieb, insbesondere einer regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine.
Im Bereich der Brennkraftmaschinen haben sich weitestgehend wassergekühlte Motoren durchgesetzt. Dabei wird Kühlwasser mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder zum Kühlen der Brennkraftmaschine gepumpt und anschließend zu einem Luftwasserkühler befördert, wo das erwärmte Wasser mittels des Fahrtwindes wieder herabgekühlt wird. Die zum Zirkulieren des Wassers nötige Pumpe ist hierbei üblicherweise über einen Riementrieb und/oder Kettentrieb mit einer Riemenscheibe der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden.
Die direkte Kopplung zwischen Kühlmittelpumpe und Kurbelwelle sorgt dabei für eine Abhängigkeit der Drehzahl der Pumpe von der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies hat zur Folge, dass im hohen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine ein entsprechend großer Volumenstrom durch die Pumpe zur Verfügung gestellt wird, welcher in diesem Ausmaße zur Kühlung nicht benötigt wird. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine tritt dagegen das Problem auf, dass bereits Kühlmittel durch die Kühlkanäle zirkuliert, was die Erwärmung der Brennräume behindert und somit das Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur verzögert.
Eine regelbare Kühlmittelpumpe gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift DE 10 2008 046 424 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist zwischen Flügelrate und Deckscheibe eine Leitscheibe mit einer zum Flügelrad korrespondierenden Kontur angeordnet, welche über die das Flügelrad und die Deckscheibe verbindenden Axialstege geführt und mittels eines, innerhalb der Hohlwelle platzierten Kolbens über eine Stelleinheit axial verschiebbar ist. Durch die Platzierung einer Leitscheibe zwischen Flügelrad und Deckscheibe, sowie deren axialer Verschiebung über ein in der Hohlwelle geführten Kolben kann der Volumenstrom der Kühlmittelpumpe variiert werden.
Nachteilig ist, dass das Flügelrad immer dann mitrotiert, wenn das Antriebsrad angetrieben wird, da dieses direkt mit der Kurbelwelle verbunden ist, selbst wenn noch keine Kühlung des Motors erwünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, bauraumoptimierte Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung oder eines Getriebes zur Abkopplung oder Ankopplung eines Antriebsrades in einem Riementrieb oder Kettentrieb bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung oder eines Getriebes in einem Antriebsrad in einem Riementrieb oder Kettentrieb, insbesondere einer regelbaren Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfasst eine mit dem Antriebsrad lösbar verbindbare Welle mit einer Längsachse, wobei die Welle zumindest teilweise in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, eine mit der Kupplungsvorrichtung oder Getriebe verbundenen Schubstange, wobei die Schubstange koaxial zu der Längsachse der Welle verschiebbar angeordnet ist, ein Gehäuse mit einer Innenbohrung zur mindestens teilweisen Aufnahme der Welle, und mindestens ein erstes, in der Innenbohrung des Gehäuses angeordnetes Lager zur dreh-baren Lagerung der Welle. Erfindungsgemäß bildet die Aktuatoranordnung einen fluidischen Aktuator mit mindestens einem ersten, durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren Druckraum.
Die regelbare Kühlmittelpumpe ist über ein Antriebsrad antreibbar, welches mit der Welle an einem dem Flügelrad gegenüberliegenden Ende verbunden sein kann. Das Flügelrad kann in einen Saugraum hineinragende Flügel aufweisen, wobei durch die Rotation des Flügelrades Kühlwasser über einen Saugstutzen des Gehäuses der Kühlmittelpumpe in den Saugraum saugbar und über die Flügel in einen Ringkanal des Gehäuses beförderbar ist. Das Leitblech ist mittels einer, zumindest teilweise innerhalb der Hohlwelle angeordneten Schubstange axial verschiebbar, wodurch das Fördervolumen des Saugraumes der Kühlmittelpumpe variierbar ist. Die Welle der Aktuatoranordnung kann teilweise oder vollständig in Form einer Hohlwelle ausgebildet sein, wobei die Welle sich entlang einer Längsachse erstreckt und an einem Ende mit einem Antriebsrad lösbar verbunden sein kann. Die Welle und das Antriebsrad können über eine Kupplungsvorrichtung lösbar miteinander verbindbar ausgestaltet sein. Koaxial zu der Längsachse der Welle kann die Schubstange innerhalb der Welle, teilweise innerhalb der Welle, oder im Wesentlichen außerhalb der Welle angeordnet sein. Die Welle ist mit einem dem Antriebsrad abgewandten Ende zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses mit einer Innenbohrung angeordnet, wobei die Innenbohrung mindestens eine erste Lagerstelle zur Aufnahme eines ersten innerhalb der Innenbohrung des Gehäuses angeordneten Lagers zur drehbaren Lagerung der Welle aufweisen kann. Die Innenbohrung kann zur drehbaren Lagerung der Welle ein zweites Lager an einer zweiten Lagerstelle aufweisen, wobei das erste Lager und das zweite Lager axial zueinander beabstandet angeordnet sein können. Die Kupplungsvorrichtung zwischen dem Antriebsrad und der Welle kann beispielsweise in Form einer Ziehkeilkupplung ausgebildet sein, welche durch die Schubstange betätigt werden kann. Die Ziehkeilkupplung kann dabei einen Ziehkeil aufweisen, welcher mit der Schubstange verbunden sein kann. Der Ziehkeil ist in axialer Richtung entlang der Längsachse der Welle zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, wobei die erste Position eine die Welle mit dem Antriebsrad verbindende Kupplungsstellung ist, während in der zweiten Position das Antriebsrad und die Welle entkoppelt sind. Dadurch kann in der ersten Position Kühlwasser gefördert werden, während in der zweiten Position das Antriebsrad unabhängig von der beispielsweise stehenden Welle rotieren kann, wobei kein Kühlwasser gefördert werden kann. Das Antriebsrad der Aktuatoranordnung kann beispielsweise in Form einer Riemenscheibe in einem Riementrieb oder eines Zahnrades, beispielsweise in einem Getriebe, ausgebildet sein. Die Welle kann beispielsweise eine Pumpenwelle, beispielsweise einer Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, oder eine Getriebewelle eines Getriebes sein. Erfindungsgemäß bildet die Aktuatoranordnung einen fluidischen, insbesondere einen hydraulischen Aktuator aus, welcher mindestens einen ersten Druckraum ausbildet. Der mindestens erste Druckraum kann mit einem Fluid mit Druck beaufschlagt werden, wobei der Druck ein Überdruck oder ein Unterdruck gegenüber einem Umgebungsdruck sein kann. Durch die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung kann eine Betätigung einer Kupplungsvorrichtung oder eines Getriebes in einem Antriebsrad in einem Riemen- oder Kettentrieb ermöglicht werden, wodurch das Antriebsrad von dem sich drehenden Kurbelwellenrad abkoppelbar ist, wodurch die Welle keine Drehbewegung ausführt und somit auch das Flügelrad, welches mit der Welle verbunden ist, keine Drehbewegung ausführt. Dadurch kann eine Reduzierung des Leistungsaufwandes und auch eine schnellere Erwärmung einer Brennkraftmaschine bei einem Kaltstart ermöglicht werden, da die Kühlmittelpumpe kein Wasser durch das System pumpt. Insbesondere kann durch die Ausbildung eines fluidischen Aktuators durch die Aktuatoranordnung ein hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Energiebedarf optimierter Aktuator zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Innenbohrung eine ringförmige Dichtung und ein dazu axial beabstandet angeordneter, bewegbarer Dichtring vorgesehen, wobei zwischen der Dichtung, dem Dichtring, der Welle und dem Gehäuse ein ringförmiger, variabler erster Druckraum ausgebildet ist. Die ringförmige Dichtung kann innenseitig an dem ersten Lager abgestützt sein. Der Dichtring, welcher die Welle umgibt und an der Innenwandung der Innenbohrung abgestützt sein kann, ist in axialer Richtung beabstandet zu der ringförmigen Dichtung angeordnet, und in axialer Richtung bewegbar ausgebildet. In axialer Richtung ist zwischen dem ringförmigen beweglichen Dichtring und der ringförmigen Dichtung ein ringförmiger, variabler erster Druckraum ausgebildet, welcher in radialer Richtung zwischen der Welle und der Innenseite der Innenbohrung des Gehäuses begrenzt wird. Der Druckraum ist dabei ringförmig um die Welle herum ausgebildet und in axialer Richtung variabel ausgebildet. Der Dichtring kann durch ein in den ersten Druckraum eintretendes Fluid in axialer Richtung verschoben werden, wobei der erste Druckraum in axialer Richtung vergrößert werden kann. Der Dichtring kann mit der Schubstange verbunden sein, welche innerhalb der Hohlwelle ausgebildet sein kann, wodurch eine axiale Bewegung des Dichtringes auf die Schubstange übertragen werden kann. Dadurch kann durch die Schubstange die Kupplungsvorrichtung, insbesondere die Ziehkupplung, betätigen werden. Das vorrichtung, insbesondere die Ziehkupplung, betätigen werden. Das Volumen des Druckraumes, insbesondere in axialer Richtung, ist in Abhängigkeit des Volumens und des Druckes des Fluides, welches in den Druckraum geleitet wird, veränderbar.
Vorzugsweise weist die zumindest teilweise in der Welle angeordnete Schubstange ein Übertragungselement auf, welches durch mindestens eine in der Welle ausgebildete Öffnung den Dichtring kontaktiert. Zur Übertragung der axialen Bewegung des Dichtringes auf die Schubstange, weist die Schubstange ein Übertragungselement auf, welches durch mindestens eine in der Welle ausgebildete Öffnung den Dichtring kontaktiert. Das Übertragungselement kann beispielsweise in Form eines Querstiftes ausgebildet sein, wobei der Querstift im Wesentlichen rechtwinkelig zur Längsachse der Schubstange ausgebildet sein kann, und durch mindestens eine Öffnung der Welle, vorzugsweise durch zwei Öffnungen der Welle, den Dichtring kontaktiert. Das Übertragungselement kann fest oder lösbar mit dem Dichtring verbunden sein. Die mindestens eine Öffnung in der Welle ist in der Wandung der Welle in dem Bereich der Welle ausgebildet, welcher als Hohlwelle ausgebildet ist. Die Öffnung kann in Form eines Langloches ausgebildet sein, um eine Bewegung des Übertragungselementes in axialer Richtung zu ermöglichen. Die mindestens eine Öffnung kann in axialer Richtung durch den Dichtring gegen das Fluid des Druckraumes abgedichtet sein, beispielsweise durch eine Überlappung in axialer Richtung. Durch das Übertragungselement kann eine zuverlässige Verbindung des Dichtringes zur Bewegungsübertragung mit der Schubstange erreicht werden.
Besonders bevorzugt weist die Schubstange an einem ersten innerhalb der Welle angeordneten Ende einen ersten Schubstangenabsatz auf, und innerhalb der Welle ist ein erster Wellenabsatz ausgebildet, durch welchen die Schubstange hindurch ragt, wobei zwischen dem ersten Schubstangenabsatz, dem ersten Wellenabsatz, der Schubstange und der Welle ein erster ringförmiger, variabler Druckraum ausgebildet ist. Die Schubstange weist ein erstes Ende auf, wobei das erste Ende innerhalb der Welle angeordnet ist, und ein zweites Ende, welches dem ersten Ende gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das zweite Ende antriebsradseitig angeordnet sein kann. Die Schubstange weist an dem ersten Ende einen ersten Schubstangenabsatz auf, welcher endseitig der Schubstange in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet sein kann, wobei der erste Schubstangenabsatz den Durchmesser der Bohrung innerhalb der Welle, insbesondere der Hohlwelle, im Wesentlichen vollständig ausfüllt. In axialer Richtung beabstandet zu dem ersten Schubstangenabsatz ist innerhalb der Welle, insbesondere der Hohlwelle, ein erster Wellenabsatz angeordnet, wobei die Schubstange durch den ersten Wellenabsatz, insbesondere mittig, hindurchragt. Zwischen dem ersten Schubstangenabsatz und dem ersten Wellenabsatz wird in axialer Richtung ein erster Druckraum begrenzt, wobei der erste Druckraum in radialer Richtung durch die Innenwandung der Hohlwelle und die Oberfläche der Schubstange begrenzt wird. Der erste Schubstangenabsatz, insbesondere die Schubstange mit dem ersten Schubstangenabsatz, ist kolbenartig innerhalb der Hohlwelle angeordnet und schiebeventilartig in axialer Richtung bewegbar, wobei die Bewegung der Schubstange durch eine Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes mit einem Fluid bewirkt werden kann. Der erste Wellenabsatz kann in Form eines ringförmigen Einsatzes innerhalb der zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Welle ausgebildet sein, wobei der ringförmige Einsatz eine Schubstangendurchführung aufweist. Durch die Ausbildung des ersten Druckraumes der Aktuatoranordnung innerhalb eines als Hohlwelle ausgebildeten Bereiches der Welle, kann der benötigte Bauraum der Aktuatoranordnung weiter verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schubstange einen zweiten Schubstangenabsatz aufweist, und das innerhalb der Welle ein zweiter Wellenabsatz ausgebildet ist, durch welchen die Schubstange hindurch ragt, wobei zwischen dem zweiten Schubstangenabsatz, dem zweiten Wellenabsatz, der Schubstange und der Welle ein zweiter ringförmiger, variabler Druckraum ausgebildet ist. Der zweite Schubstangenabsatz der Schubstange kann in axialer Richtung in Richtung des zweiten Endes der Schubstange beabstandet zu dem ersten Schubstangenabsatz ausgebildet sein. Der zweite Schubstangenabsatz kann in Form einer ringförmigen Scheibe ausgebildet sein, welche einen Durchmesser aufweist, welcher im Wesentlichen dem Innendurchmesser des als Hohlwelle ausgestalteten Bereiches der Welle entspricht. In Richtung des zweiten Endes der Schubstange kann der zweite Wellenabsatz der Welle angeordnet sein, wobei der zweite Wellenabsatz in Form eines ringförmigen Einsatzes innerhalb der Hohlwelle ausgebildet sein kann mit einer Durchführungsöffnung für die Schubstange. Zwischen dem zweiten Schubstangenabsatz und dem zweiten Wellenabsatz kann in axialer Richtung ein zweiter Druckraum begrenzt werden, welcher in radialer Richtung durch die Innenseite der Hohlwelle und die Schubstange begrenzt ist. Der zweite Druckraum kann dabei in axialer Richtung beabstandet zu dem ersten Druckraum ausgebildet sein, wobei der erste und der zweite Druckraum gleichwirkend oder unterschiedlich wirkendausgebildet sein können, beispielsweise durch eine Ansteuerung durch ein 4-2-Wege-Ventil. Durch die Integration einer zweiten Druckkammer innerhalb der Hohlwelle der Aktuatoranordnung kann bei gleichem Bauraum eine höhere Kraft zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung bereitgestellt werden, und/oder eine axiale Bewegung der Schubstange in beide axialen Richtungen ermöglicht werden.
In einer Ausgestaltung ist ein Aktuatorgehäuse mit einer Ausnehmung zur mindestens teilweisen Aufnahme der Schubstange vorgesehen, wobei das Aktuatorgehäuse auf der dem Gehäuse ab-gewandten Seite des Antriebsrades angeordnet ist, wobei in dem Aktuatorgehäuse mit der Schubstange ein erster Druckraum ausgebildet ist. Das Aktuatorgehäuse kann in Form eines Zylinders ausgebildet sein, welcher die Schubstange zumindest teilweise aufnehmen kann, wobei die Schubstange kolbenartig innerhalb des Aktuatorgehäuses angeordnet sein kann. Die Schubstange kann innerhalb des Aktuatorgehäuses einen ersten Schubstangenabsatz aufweisen. Das Aktuatorgehäuse ist auf der dem Gehäuse abgewandten Seite des Antriebsrades angeordnet, wobei das zweite Ende der Schubstange zumindest teilweise kolbenartig innerhalb des Aktuatorgehäuses aufgenommen sein kann. Die Schubstange, insbesondere die Stirnseite des zweiten Endes der Schubstange, kann mit dem Aktuatorgehäuse einen ersten Druckraum ausbilden, welcher mit einem Fluid mit Druck beaufschlagbar ist, wodurch eine axiale kolbenartigen Bewegung der Schubstange bewirkt werden kann, wodurch die Kupplungsvorrichtung betätigbar ist. Durch die Anordnung des Aktuatorgehäuses auf der dem Gehäuse abgewandten Seite des Antriebsrades, kann der gehäuseseitige Bauraum der Kühlmittelpumpe reduziert werden.
Vorzugsweise ist weist das Aktuatorgehäuse und/oder die Welle mindestens eine fluiddurchlässige erste Bohrung zur Zuleitung und/oder Ableitung des Fluides auf. Das Gehäuse und/oder das Aktuatorgehäuse weist mindestens eine fluiddurchlässige erste Bohrung auf, welche die Zufuhr und/oder Abfuhr eines Fluides zu einem ersten Druckraum ermöglicht. Das Gehäuse und/oder das Aktuatorgehäuse können für einen zweiten Druckraum mindestens eine zweite Bohrung zur Zufuhr und/oder Abfuhr eines Fluides aufweisen. Durch die erste und/oder zweite Bohrung ist der erste und/oder zweite Druckraum mit einem Fluid mit Druck beaufschlagbar, wobei das Fluid durch die erste und/oder zweite Bohrung auch aus dem ersten und/oder zweiten Druckraum abgeführt werden kann. Die erste und/oder zweite Bohrung kann sich, insbesondere bei einem innerhalb der Welle angeordneten Druckraum, durch die Wandung der als Hohlwelle ausgebildeten Welle hindurcherstrecken. Dadurch ist der erste und/oder zweite Druckraum innerhalb des als Hohlwelle ausgestalteten Bereiches der Welle mit der entsprechenden ersten und/oder zweiten Bohrung innerhalb des Gehäuses verbindbar. Dadurch kann ein innerhalb der Welle angeordneter Druckraum mit einem Fluid mit Druck beaufschlagt werden. Das Gehäuse, das Aktuatorgehäuse und/oder die Welle kann eine Ablaufbohrung aufweisen, welche einen nicht mit dem Fluid mit Druck beaufschlagbaren Bereich mit der Umgebung, beispielsweise einem Tank, verbinden kann. Dadurch kann eine Leckage des Fluides aus der Aktuatoranordnung abgeführt werden, wodurch die reibungslose Funktion der Aktuatoranordnung gewährleistet werden kann. Das Gehäuse kann in der Innenbohrung eine zumindest einseitig nach radial innen in Richtung der Welle ausgebildeten Absatz aufweisen, wobei der Absatz die Welle radial außenseitig kontaktieren kann, wobei eine Bohrung sich durch das Gehäuse, den Absatz und die Welle erstrecken kann, wodurch eine fluiddurchlässige Verbindung zwischen dem Gehäuse und einem Druckraum ermöglicht werden kann. Der Absatz kann beispielsweise zwischen dem ersten Lager und dem zweiten Lager angeordnet sein und sich nach radial innen erstrecken.
Besonders bevorzugt ist Federelement zur Betätigung der Schubstange vorgesehen, wobei das Federelement zwischen der Schubstange und der Welle oder dem Aktuatorgehäuse angeordnet ist. Das Federelement zur Betätigung der Schubstange kann in Form einer Zug- oder Druckfeder ausgebildet sein. Das Federelement kann zwischen der Schubstange, und der Welle und/oder dem Aktuatorgehäuse derart angeordnet sein, dass eine Rückstellung der Schubstange, beispielsweise bei einem abfallenden Druck, gewährleistet werden kann. Das Federelement kann dabei in Form einer Ausfallsicherung ausgebildet und angeordnet sein, so dass bei einem Druckausfall des Fluides die Schubstange durch das Federelement in eine erste Position verbringbar ist, wodurch bei einem Ausfall des Fluiddruckes ein Einkuppeln der Kupplungsvorrichtung und damit ein Fördern des Kühlmittels durch die Kühlmittelpumpe gewährleistet werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner Kupplungseinrichtung in einem Antriebsrad in einem Riementrieb oder Kettentrieb, umfassend eine vorstehend aus- und weitergebildete Aktuatoranordnung. Durch die Ausbildung eines fluidischen Aktuators durch die Aktuatoranordnung, kann ein hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Energiebedarf optimierter Aktuator zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung bereitgestellt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, für ein Kraftfahrzeug und/oder Verbrennungsmotor, mit einer wie vorstehend aus- und weitergebildete Aktuatoranordnung und einer wie vorstehend aus- und weitergebildete Kupplungseinrichtung. Durch die Ausbildung eines fluidischen Aktuators durch die Aktuatoranordnung, kann ein hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Energiebedarf optimierte Pumpe, insbesondere Kühlmittelpumpe bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert.
Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aktuatora nordnung;
2: eine schematische Schnittansicht einer Aktuatoranordnung mit in einer Welle integrierter Druckkammer;
3: eine schematische Schnittansicht einer Aktuatoranordnung mit einer ersten und einer zweiten Druckkammer;
4: eine schematische Schnittansicht eines Aktuatorgehäuses.
Die in 1 dargestellte Aktuatoranordnung 10 weist ein Antriebsrad 12 auf, welches über eine Kupplungsvorrichtung 14, beispielsweise eine Ziehkeilkupplung, mit einer Welle 16 drehfest verbindbar ist. Die Kupplungsvorrichtung 14 ist in einem geöffneten Zustand, einer ersten Position, dargestellt, wobei das Antriebsrad 12 unabhängig von der Welle 16 drehbar ist. Die Welle 16 ist zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet, wobei die Welle 16 beidseitig verschlossen ist. Die Welle 16 ist über ein erstes Lager 18 und eine zweites Lager 20 in Form von Kugellagern in einer Innenbohrung 22 eines Gehäuses 24 drehbar gelagert. Innenbohrungsseitig an dem ersten Lager 18 ist eine ringförmige Dichtung 26 angeordnet, und beabstandet zu der ringförmigen Dichtung 26 in axialer Richtung innenbohrungsseitig, ist ein Dichtring 28 angeordnet. Die ringförmige Dichtung 26 und der Dichtring 28 kontaktieren radial innenseitig die Welle 16 und radial außenseitig das Gehäuse 24, wobei in axialer Richtung durch die ringförmige Dichtung 26 und den Dichtring 28 ein erster Druckraum 30 in axialer Richtung begrenzt wird, wobei der erste Druckraum 30 in radialer Richtung zwischen der Welle 16 und der Innenseite des Gehäuses 24 begrenzt ist. Der erste Druckraum 30 ist über eine erste Bohrung 32, welche in dem Gehäuse 24 ausgebildet ist, mit Druck beaufschlagbar, beispielsweise durch ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas. Eine Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes 30 mit einem Fluid kann eine Bewegung des Dichtringes 28 in axialer Richtung bewirken, wodurch der erste Druckraum 30 vergrößert werden kann. Die axiale Bewegung des Dichtringes 28 kann über ein Übertragungselement 34, welches bertragungselement 34, welches mit einer Schubstange 36 verbunden ist, auf die Schubstange 36 übertragen werden. Die Schubstange 36 ist dabei innerhalb der zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 angeordnet, wobei die Schubstange 36 koaxial innerhalb der Welle 16 in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Die Schubstange 36 weist ein erstes Ende 38 auf, welches gehäuseseitig angeordnet ist, und mit dem Übertragungselement 34, beispielsweise einem Querstift, verbunden ist. Dem ersten Ende 38 der Schubstange gegenüberliegend angeordnet weist die Schubstange ein zweites Ende 40 auf, welches antriebsradseitig angeordnet ist, und beispielsweise einen Ziehkeil 42 der Kupplungsvorrichtung 14, in Form einer Ziehkeilkupplung, aufweist. Das Übertragungselement 34 ragt an einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Seite im Wesentlichen rechtwinkelig zur Schubstange 36 aus der Schubstange 36 heraus. Das Übertragungselement 34 ragt dabei durch Öffnungen 44 in der Wandung der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 hindurch und kontaktiert den Dichtring 28. Zwischen dem ersten Ende der Schubstange 38 und der Welle 16 ist ein Federelement 46 angeordnet, beispielsweise eine Druckfeder, welche bei einem Druckabfall oder einer Druckverringerung die Schubstange 36 von einer zweiten Position, in der die Kupplungsvorrichtung 14 nicht eingekuppelt ist, in eine erste Position in axialer Richtung verschiebt, wodurch die Kupplungsvorrichtung 14 die Welle 16 mit dem Antriebsrad 12 drehfest verbindet. Das Gehäuse 24 weist zwischen dem zweiten Lager 20 und dem Dichtring 28 eine Ablassbohrung 48 auf, durch welche eine Leckage, insbesondere des Fluides des ersten Druckraumes 30, aus der Innenbohrung 22 und dem Gehäuse 24 abgeführt werden kann.
Eine Aktuatoranordnung 10 mit einer in die Welle 16 integriertem ersten Druckraum 30 ist in 2 dargestellt. Innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 ist die Schubstange 36 angeordnet, welche an ihrem ersten Ende 38 einen ersten Schubstangenabsatz 50 aufweist, wobei der erste Schubstangenabsatz 50 in Form einer endseitig und stirnseitig der Schubstange 36 angeordneten ringförmigen, scheibenförmigen Fläche ausgebildet ist. Der erste Schubstangenabsatz 50 ist über das Federelement 46 gegen die Welle 16 abgestützt. In Richtung des zweiten Endes der Schubstange 40 ist innerhalb der in diesem Bereich als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 ein erster Wellenabsatz 52 ausgebildet. Der erste Wellenabsatz 52 weist einen Durchbruch zur Aufnahme der Schubstange 36 auf, und ist im Wesentlichen in Form einer ringförmigen Scheibe ausgebildet. Zwischen dem ersten Wellenabsatz 52 und dem ersten Schubstangenabsatz 50 ist in axialer Richtung der erste Druckraum 30 ausgebildet, wobei der erste Druckraum 30 in radialer Richtung durch die Welle 16 und die Schubstange 36 begrenzt ist. Die Welle 16 ist in dem Lager 18 und dem zweiten Lager 20 drehbar innerhalb des Gehäuses 24 gelagert. Das Gehäuse 24 weist zwischen dem ersten Lager 18 und dem zweiten Lager 20 einen Absatz 54 auf, wobei sich der Absatz 54 in radialer Richtung nach innen bis zur Welle 16 erstreckt und die Welle 16 kontaktiert. Innerhalb des Gehäuses 24 und des Absatzes 54 ist die erste Bohrung 32 und die Ablassbohrung 48 ausgebildet. Die erste Bohrung 32 und die Ablassbohrung 48 erstrecken sich durch den Absatz 54 bis zur Welle 16, wo die erste Bohrung 32 und die Ablassbohrung 48 entsprechend in der Wandung der in diesem Bereich als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 ausgebildet sind. Durch die erste Bohrung 32, welche in dem Gehäuse 24, insbesondere in dem Absatz 54 des Gehäuses 24, und der Wandung der Welle 16 ausgebildet sind, ist der Druckraum 30 durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbar, wobei die erste Bohrung 32 als Zulauf zu dem Druckraum und als Ablauf aus dem Druckraum 30 für das Fluid dient. Die Ablassbohrung 48 mündet in einen Bereich zwischen dem ersten Schubstangenabsatz 50 und der Welle 16 im Bereich des Federelementes 46, wodurch eine aus dem ersten Druckraum 30 in Richtung des ersten Schubstangenabsatzes 50 auftretenden Leckage des Fluides eine Abfuhr des Fluides durch die Ablassbohrung 48 aus der Welle 16 ermöglicht wird.
In 3 ist eine Aktuatoranordnung 10 ähnlich der in 2 gezeigten Aktuatoranordnung 10 dargestellt. Die Aktuatoranordnung 10 weist die Welle 16 und die Schubstange 38 auf, welche in dem ersten Lager 18 und dem zweiten Lager 20 drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse 24 zwischen dem ersten und dem zweiten Lager 18, 20 einen Absatz 54 aufweist, welcher in radialer Richtung in die Innenbohrung 22 hineinragt und die Welle 18 radial außenseitig kontaktiert. Neben der Ablassbohrung 48 weist die Aktuatoranordnung 10 die erste Bohrung 32 auf, durch welche ein Fluid in den ersten Druckraum 30 zuführbar ist. Der erste Druckraum 30 wird in axialer Richtung durch den ersten Schubstangenabsatz 50 und den ersten Wellenabsatz 52 begrenzt, und in radialer Richtung zwischen der Welle 16 und der Schubstange 38. Die Schubstange 38 weist axial beabstandet zu dem ersten Schubstangenabsatz 50 den zweiten Schubstangenabsatz 56 auf, welcher axial beabstandet zu dem ersten Schubstangenabsatz 50 in Richtung des zweiten Endes 40 der Schubstange 38 in Form einer ringförmigen Scheibe ausgebildet ist. Axial beabstandet zu dem zweiten Schubstangenabsatz 56 weist die Welle 16 einen zweiten Wellenabsatz 58 auf, welcher in axialer Richtung beabstandet zu dem zweiten Schubstangenabsatz 56 in Richtung des zweiten Endes der Schubstange 40 angeordnet ist. Der zweite Wellenabsatz 58 ist in Form einer ringförmigen Scheibe ausgebildet, welche eine Durchbruchsöffnung zur Durchführung der Schubstange 38 aufweist. Zwischen dem zweiten Schubstangenabsatz 56 und dem zweiten Wellenabsatz 58 ist in axialer Richtung der zweite Druckraum 60 begrenzt, wobei der zweite Druckraum 60 in radialer Richtung durch die Welle 16 und die Schubstange 38 begrenzt ist. Der zweite Druckraum 60 ist durch eine zweite Bohrung 62, welche sich durch das Gehäuse 24, den Absatz 54 des Gehäuses 24, und die Wandung der Welle 16 erstreckt, mit einem Fluid mit Druck beaufschlagbar. Die Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes 30 und des zweiten Druckraumes 60 kann gleichmäßig oder ungleichmäßig, beispielsweise alternierend und entgegengesetzt, erfolgen. Durch die Wellenabsätze 52, 58 und die Schubstangenabsätze 52, 56 sind sequentiell in axialer Richtung der erste Druckraum 30 und der zweite Druckraum 60 ausgebildet. Der erste Druckraum 30 und der zweite Druckraum 60 können gleichwirkend ausgebildet sein, so dass bei einer Druckbeaufschlagung des ersten Druckraumes 30 und des zweiten Druckraumes 60 eine Bewegung der Schubstange 38 in Richtung des ersten Schubstangenendes 38 und der Welle 16 erfolgen kann. Die Schubstange kann von einer ersten verriegelten Position in eine zweite entriegelte Position der Kupplungsvorrichtung 14 verbracht werden. Mittels des Federelementes 46 kann die Schubstange 36 von der entriegelten zweiten Position in axialer Richtung in die verriegelte erste Position der Kupplungsvorrichtung 14 verbracht werden. Über die Ablassbohrung 48 kann eine Leckage aus dem Inneren der Welle 16 durch das Gehäuse 24, insbesondere in Absatz 54, nach außen abgeleitet werden.
In 4 ist eine Aktuatoranordnung 10 mit einem Aktuatorgehäuse 64 dargestellt, wobei das Aktuatorgehäuse 64 auf der dem Gehäuse (nicht dargestellt) abgewandten Seite des Antriebsrades 12 angeordnet ist. Das Aktuatorgehäuse 64 ist zylinderförmig ausgebildet, und nimmt die Schubstange 36 kolbenförmig auf. Innerhalb des Aktuatorgehäuses 64 weist die Schubstange 36 den ersten Schubstangenabsatz 50 auf, welcher in Form einer kreisförmigen Scheibe ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Schubstangenabsatz 50 und dem Aktuatorgehäuse 64 ist der erste Druckraum 30 ausgebildet. Über die erste Bohrung 32 kann der Druckraum 30 mit einem Fluid mit Druck beaufschlagt werden. Um die Schubstange 36 herum ist das Federelement 46 ausgebildet, welches zwischen dem ersten Schubstangenabsatz 50 und einem Deckel 66 des Aktuatorgehäuses 64 angeordnet ist. Durch das Federelement 46 kann die Schubstange 36 nach einer Druckbeaufschlagung wieder in axialer Richtung, beispielsweise in die erste Position, verschoben werden. Die Schubstange 36 weist antriebsradseitig einen Ziehkeil 42 auf, welcher innerhalb der zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildeten Welle 16 angeordnet ist, in welcher eine Betätigungsvorrichtung 14 angeordnet ist. Der Ziehkeil 46 und die Schubstange 36 sind in der zweiten entriegelten Position dargestellt, wobei das Antriebsrad 12 unabhängig von der Welle 16 verdrehbar ist. Bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraumes 30 mit einem Fluid über die erste Bohrung 32 kann die Schubstange 36 in axialer Richtung in Richtung des Antriebsrades 12 verbracht werden, wodurch die Kupplungsvorrichtung 14, insbesondere der Ziehkeil 42, eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle und dem Antriebsrad 12 bewirkt. Bei einem Druckabfall oder einer Wirkung eines Unterdruckes auf den Druckraum 30 kann die Schubstange 36 durch das Federelement 46 in axialer Richtung in die zweite entriegelte Position verbracht werden. Das Verbringen der Schubstange 36 in die zweite entriegelte Position kann durch Beaufschlagung des Druckraumes 30 über die erste Bohrung 32 mit einem Unterdruck erreicht werden. Das Aktuatorgehäuse 64 weist eine Ablassbohrung 48 auf, welche im Bereich des Federelementes 46, zwischen dem ersten Schubstangenabsatz 50 und dem Deckel 66 in das Aktuatorgehäuse 64 mündet, wodurch eine Leckage des Fluides aus diesem Bereich durch die Ablassbohrung 46 aus dem Aktuatorgehäuse 64 abgeleitet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Aktuatoranordnung
12: Antriebsrad
14: Kupplungsvorrichtung
16: Welle
18: erstes Lager
20: zweites Lager
22: Innenbohrung
24: Gehäuse
26: ringförmige Dichtung
28: Dichtring
30: erster Druckraum
32: erste Bohrung
34: Übertragungselement
36: Schubstange
38: erstes Ende
40: zweites Ende
42: Ziehkeil
44: Öffnung
46: Federelement
48: Ablaufbohrung
50: erster Schubstangenabsatz
52: erster Wellenabsatz
54: Absatz
56: zweiter Schubstangenabsatz
58: zweiter Wellenabsatz
60: zweiter Druckraum
62: zweite Bohrung
64: Aktuatorgehäuse
66: Deckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008046424 A1 [0004]

Claims

Aktuatoranordnung zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung (14) oder eines Getriebes in einem Antriebsrad (12) in einem Riementrieb oder Kettentrieb, für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine mit dem Antriebsrad (12) lösbar verbindbare Welle (16) mit einer Längsachse, wobei die Welle (16) zumindest teilweise in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, eine mit der Kupplungsvorrichtung (14) oder Getriebe verbundenen Schubstange (36), wobei die Schubstange (36) koaxial zu der Längsachse der Welle (16) verschiebbar angeordnet ist, ein Gehäuse (24) mit einer Innenbohrung (22) zur mindestens teilweisen Aufnahme der Welle (16), und mindestens ein erstes, in der Innenbohrung (22) des Gehäuses (24) angeordnetes Lager (18) zur drehbaren Lagerung der Welle (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoranordnung einen fluidischen Aktuator mit mindestens einem ersten, durch ein Fluid mit Druck beaufschlagbaren Druckraum (30) bildet.
Aktuatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenbohrung (22) eine ringförmige Dichtung (26) und ein dazu axial beabstandet angeordneter, bewegbarer Dichtring (28) vorgesehen sind, wobei zwischen der Dichtung (26), dem Dichtring (28), der Welle (16) und dem Gehäuse (24) ein ringförmiger, variabler erster Druckraum (30) ausgebildet ist.
Aktuatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise in der Welle (16) angeordnete Schubstange (36) ein Übertragungselement (34) aufweist, welches durch mindestens eine in der Welle (16) ausgebildete Öffnung (44) den Dichtring (28) kontaktiert.
Aktuatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (36) an einem ersten innerhalb der Welle (16) angeordneten Ende (38) einen ersten Schubstangenabsatz (50) aufweist, und das innerhalb der Welle (16) ein erster Wellenabsatz (52) ausgebildet ist, durch welchen die Schubstange (36) hindurch ragt, wobei zwischen dem ersten Schubstangenabsatz (50), dem ersten Wellenabsatz (52), der Schubstange (36) und der Welle (16) ein erster ringförmiger, variabler Druckraum (30) ausgebildet ist.
Aktuatoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstange (36) einen zweiten Schubstangenabsatz (56) aufweist, und das innerhalb der Welle (16) ein zweiter Wellenabsatz (58) ausgebildet ist, durch welchen die Schubstange (36) hindurch ragt, wobei zwischen dem zweiten Schubstangenabsatz (56), dem zweiten Wellenabsatz (58), der Schubstange (36) und der Welle (16) ein zweiter ringförmiger, variabler Druckraum (60) ausgebildet ist.
Aktuatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuatorgehäuse (64) mit einer Ausnehmung zur mindestens teilweisen Aufnahme der Schubstange (36) vorgesehen ist, wobei das Aktuatorgehäuse (64) auf der dem Gehäuse (24) abgewandten Seite des Antriebsrades (12) angeordnet ist, wobei in dem Aktuatorgehäuse (64) mit der Schubstange (36) ein erster Druckraum (30) ausgebildet ist.
Aktuatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24), das Aktuatorgehäuse (64) und/oder die Welle (16) mindestens eine fluiddurchlässige erste Bohrung (32) zur Zuleitung und/oder Ableitung des Fluides aufweist.
Aktuatoranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (46) zur Betätigung der Schubstange (36) vorgesehen ist, wobei das Federelement (46) zwischen der Schubstange (36) und der Welle (16) und/oder dem Aktuatorgehäuse (64) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (14) in einem Antriebsrad in einem Riementrieb oder Kettentrieb, umfassend eine Aktuatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Pumpe, insbesondere eine Kühlmittelpumpe, für einen Verbrennungsmotor, mit einer Aktuatoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Kupplungsvorrichtung (14) nach Anspruch 9.