DE102011105501A1

DE102011105501A1 - Hydrostataktor

Info

Publication number: DE102011105501A1
Application number: DE102011105501A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rammhofer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2011-12-29
Also published as: CN102971547A; DE112011102711A5; CN102971547B; WO2012000483A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor insbesondere in einem Kraftfahrzeug enthaltend eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem von einem Rotor des Elektromotors angetriebenen Planetenwälzgetriebe sowie einer von dem Planetenwälzgetriebe angetriebenen hydrostatischen, um das Planetenwälzgetriebe angeordneten Geberzylindereinheit. Zur Erhöhung der Effizienz und Verringerung der Produktionskosten wird die Geberzylindereinheit aus mehreren bezüglich einer Drehachse des Rotors über den Umfang verteilten und jeweils mit dem Planetenwälzgetriebe verbundenen Geberzylindern gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor insbesondere in einem Kraftfahrzeug enthaltend eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem von einem Rotor des Elektromotors angetriebenen Planetenwälzgetriebe sowie einer von dem Planetenwälzgetriebe angetriebenen hydrostatischen, um das Planetenwälzgetriebe angeordneten Geberzylindereinheit.
Ein gattungsgemäßer Hydrostataktor ist in den nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen Nr. 10 2009 051 245.4 , 10 2010 009 297.5 und 10 2010 014 673.0 offenbart. Hierbei ist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor, dessen Rotor mit einem Planetenwälzgetriebe verbunden ist, vorgesehen. Um das Planetengetriebe ist eine Geberzylindereinheit mit einem Geberzylinder angeordnet, deren Ringkolben von dem Planetengetriebe axial verlagert wird. Infolge des großen Durchmessers des Ringkolbens verursachen die Dichtungen zur Abdichtung des Ringkolbens gegenüber dem Gehäuse hohe Reibmomente, einen hohen Verschleiß und Leerwegverluste. Im Weiteren sind die verwendeten Dichtungen kostenaufwendig. Der Hydrostataktor muss als Gesamteinheit endgeprüft werden und erfordert bei hier auftretenden Mängeln aufwendige Nacharbeiten.
Aufgabe der Erfindung ist daher die vorteilhafte Weiterbildung eines Hydrostataktors insbesondere hinsichtlich einer höheren Effizienz, einer Verminderung der Herstellkosten und einer verbesserten Prüfbarkeit.
Die Aufgabe wird durch einen Hydrostataktor insbesondere in einem Kraftfahrzeug enthaltend eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem von einem Rotor des Elektromotors angetriebenen Planetenwälzgetriebe sowie einer von dem Planetenwälzgetriebe angetriebenen hydrostatischen, um das Planetenwälzgetriebe angeordneten Geberzylindereinheit gelöst, wobei die Geberzylindereinheit aus mehreren bezüglich einer Drehachse des Rotors über den Umfang verteilten und jeweils mit dem Planetenwälzgetriebe verbundenen Geberzylindern gebildet ist.
Der Hydrostataktor kann für alle Anwendungen insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, bei denen die axiale Verlagerung einer Komponente gegenüber einem feststehenden Gehäusebauteil erwünscht ist. Beispielsweise kann mittels des Hydrostataktors ein gegenüber diesem entfernter, mittels einer Druckleitung mit der Geberzylindereinheit wirksam verbundener Nehmerzylinder, beispielsweise einer Reibungskupplung, einer Bremse oder dergleichen beaufschlagt werden. Der Nehmerzylinder beaufschlagt dabei beispielsweise bei Verwendung für eine Reibungskupplung unter dem von der Antriebseinheit entsprechend betätigten Geberzylindereinheit erzeugten Druck die Tellerfeder, Hebelelemente oder Hebelfeder der Reibungskupplung und öffnet beziehungsweise schließt diese je nach deren Typ in Form einer zwangsweise geöffneten oder geschlossenen Reibungskupplung.
Der Hydrostataktor sieht zur Verbesserung dessen Kinematik und Bauraum eine koaxiale Anordnung von Elektromotor, Planetenwälzgetriebe und Geberzylindereinheit vor, wobei mehrere, bevorzugt drei über den Umfang verteilte Geberzylinder um das Planetenwälzgetriebe angeordnet sind. Das Planetenwälzgetriebe wandelt dabei die Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung, die mittels eines Antriebsblechs auf die Kolben der Gebezylinder übertragen wird. Dabei sind die Geberzylinder als unabhängig von einander und unabhängig von der Antriebseinheit prüfbare Einheiten mit einem Geberzylindergehäuse und einem gegenüber diesem axial verlagerbaren Kolben ausgebildet und in einem Gehäuse des Hydrostataktors aufgenommen. Durch die Ausbildung von separaten Geberzylindergehäusen können die Geberzylinder als für sich funktionsfähige Einheiten ausgebildet werden, die insbesondere auf Dichtigkeit und die spezifischen Anforderungen geprüft werden können. Auf diese Weise können die wesentlichen Baugruppen des Hydrostataktors vor dem Zusammenbau geprüft werden, so dass die Nacharbeit an gegebenenfalls fehlerbehafteten Hydrostataktoren verringert beziehungsweise deren Fehlerrate bereits verringert werden kann.
Infolge der kürzeren Dichtstrecken verringert sich die Reibung so weit, dass beispielsweise bei drei über den Umfang verteilten Geberzylindern bei einem von der Antriebseinheit vorgebbaren Betätigungskraft die erforderliche Querschnittsfläche der Kolben und ein Volumen der Druckkammern zwischen Geberzylindergehäuse und Kolben soweit verringert werden kann, dass der Durchmesser des Hydrostataktors gegenüber einem Hydrostataktor mit Ringkolben gleich oder sogar kleiner sein kann. Insbesondere können in Umfangsrichtung betrachtet Zwischenräume zwischen den Geberzylindern vorgesehen sein, in denen Funktionsbauteile wie beispielsweise Sensorelemente wie Weg- und/oder Drucksensorelemente zur Erfassung des Axialwegs der Geberzylindereinheit, Verdrehsicherungen zwischen Gehäuseteilen des Hydrostataktors, ein oder mehrere mit dem Druckmittelvolumen zumindest eines Geberzylinders beispielsweise bei in Nullposition befindlichem Kolben verbindbare Vorratsvolumina und/oder dergleichen untergebracht sind. Auf diese Weise kann weiterer radialer Bauraum für diese Funktionselemente vermieden werden.
Die Geberzylinder verfügen über jeweils einen Druckanschluss, der innerhalb oder außerhalb des Gehäuses des Hydrostataktors das vom Geberzylindergehäuse und dem Kolben gebildete Druckmittelvolumen mit der Druckleitung verbindet. Am anderen Ende ist die Druckleitung mit dem Nehmerzylinder verbunden.
Das Druckmittelvolumen wird als Druckkammer von dem Geberzylindergehäuse und dem axial in diesem verlagerbaren Kolben gebildet. Hierbei ist die zwischen diesen dichtende Dichtung wie Nutringdichtung bevorzugt auf dem Kolben aufgenommen und bildet mit der Innenwandung des Geberzylindergehäuses einen dynamischen Dichtkontakt. Um die Primärdichtung vor einem Trockenlaufen zu schützen und den Geberzylinder nach außen abzudichten, kann zumindest ein Geberzylinder nach außen zwischen Kolben und Geberzylindergehäuse mittels einer Sekundärdichtung abgedichtet sein. Der drucklose Zwischenraum zwischen der Sekundärdichtung und der Primärdichtung kann zumindest teilweise mit Druckmittel befüllt sein, so dass die Primärdichtung nicht trockenlaufen kann. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen der Primärdichtung und der Sekundärdichtung eine Schnüffelöffnung zu einem Vorratsbehälter vorgesehen ist. Hierbei wird abhängig von dem sich ändernden Volumen bei verlagertem Kolben Druckmittel mit dem Vorratsbehälter ausgetauscht. Wird der Kolben in der druckentlasteten Nulllage mit seiner Primärdichtung über die Schnüffelöffnung hinausbewegt, kann weiterhin ein Ausgleich des Druckmittelvolumens der Druckkammer mit dem Vorratsbehälter stattfinden, wobei Druckunterschiede ausgeglichen und gegebenenfalls angesaugte oder eingedrungene Luft an den Vorratsbehälter abgegeben werden kann.
Neben der Kostenersparnis kleiner und daher kostengünstiger Dichtungen und einfach herzustellender Kolben können im Weiteren Kosten eingespart werden, indem bei einer Anordnung des Hydrostataktors im Betrieb, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug bevorzugt der topologisch am höchsten angeordnete Geberzylinder mit der Schnüffelöffnung versehen ist. Durch die Verbindung der Druckseiten der Geberzylinder miteinander tauschen die Geberzylinder Differenzdrücke und angesammelte Luft aus, die sich an dem höchsten Punkt des Hydrostataktors sammelt und daher an diesem Geberzylinder in einfacher Weise an den Vorratsbehälter abgegeben werden kann. Bei einer Ausbildung einer Verbindung lediglich eines der Geberzylinder mit dem Vorratsbehälter können die Geberzylindergehäuse der entsprechenden Geberzylinder mit lediglich einer, einseitig trocken geführter Primärdichtung ausgebildet sein oder mittels einer Sekundärdichtung versehen sein, die eine teilweise Befüllung des Zwischenraums zwischen Primär- und Sekundärdichtung mit Druckmittel oder einem Schmiermittel erlaubt, so dass die Primärdichtung nass geführt oder geschmiert werden kann, wobei während einem sich bei Betätigung des Kolbens wechselndem Volumen ein Luftausgleich wie Nachsaugen und Verdrängen durch die Sekundärdichtung, eine Gehäusebohrung oder dergleichen ermöglicht wird.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Hydrostataktor mit einer Geberzylindereinheit mit mehreren, über den Umfang verteilten Geberzylindern und
2 einen Schnitt durch einen gegenüber dem Hydrostataktor der 1 leicht abgewandelten Hydrostataktor.
1 zeigt den Hydrostataktor 1 im Schnitt mit dem mehrteiligen Gehäuse 2 mit den Gehäuseteilen 3, 4. Zum prinzipiellen Aufbau und Funktion des Hydrostataktors 1 wird auf den zuvor genannten Stand der Technik verwiesen. Das Gehäuseteil 4 nimmt die Antriebseinheit 5 mit dem Elektromotor 6 und dem von dem Rotor dieser angetriebenen Planetenwälzgetriebe 7 sowie die Geberzylindereinheit 8 auf. Das Gehäuseteil 3 dient als Verschlussdeckel für das Gehäuseteil 4.
Das Planetenwälzgetriebe 7 wandelt die Drehbewegung des Rotors in eine Axialbewegung und beaufschlagt die Geberzylindereinheit 8 axial. Hierzu ist an dem Planetenwälzgetriebe 7 die Antriebsplatte 9 vorgesehen.
Die Geberzylindereinheit 8 ist aus den bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilten Geberzylindern 10 mit jeweils einem Geberzylindergehäuse 11 und einem darin axial verlagerbaren Kolben 12 gebildet. Die Geberzylinder sind als separate Baueinheiten ausgebildet und in dem Gehäuseteil 4 des Gehäuses lagefixiert aufgenommen. Durch die Ausbildung der Geberzylinder als selbstständige Einheiten können diese im ausgebauten Zustand geprüft werden und die Druckkräfte neutralisieren sich innerhalb des Geberzylinders 10, so dass diese ohne zusätzliche Druckbelastung des Gehäuses 2 eingebaut werden können, so dass entsprechende im Gehäuse 2 wirksame Spreizkräfte vermieden werden können.
Von dem Geberzylindergehäuse 11 und dem Kolben 12 wird jeweils das Druckmittelvolumen 13 gebildet und mittels der auf dem Kolben 12 axial fest aufgenommenen Primärdichtung 14 wie Nutringdichtung abgedichtet. Die Druckausgänge 15 der Druckmittelvolumina 13 sind jeweils in nicht dargestellter Weise in dem Druckanschluss 16 vereinigt, der mit der Druckleitung verbunden wird, wobei mittels dieser die Druckverbindung zu einem entfernt hierzu angeordneten Nehmerzylinder, beispielsweise einem Kupplungsnehmerzylinder einer Reibungskupplung hergestellt wird. Durch die geringen Reibungskräfte der insgesamt geringen Umfangsstrecken der Primärdichtungen 14 kann die Fläche der Kolben 12 und damit der radiale Umfang des Hydrostataktors 1 gering gehalten werden. Beispielsweise können drei über den Umfang verteilte Geberzylinder mit jeweils einer Kolbenfläche kleiner 150 mm², beispielsweise 135 mm² entsprechend einem Durchmesser von ca. 13 mm ausreichend sein, um eine herkömmliche Reibungskupplung zu betätigen. Infolge dieser geringen Ausmaße können die Leervolumina der Druckmittelvolumina, die beispielsweise nötig sind, um den Kolben 12 von einer Nulllage bei aktiver Schnüffelöffnung 19 bis zur Einstellung eines wirksamen Drucks zu verlagern, minimiert werden
Die Geberzylinder 10 weisen weiterhin Sekundärdichtungen 17 wie Nutringdichtung auf, die das Geberzylindergehäuse 11 zum Kolben 12 hin nach außen abdichten. Die Nachlaufvolumina 18 zwischen den Primärdichtungen 14 und den Sekundärdichtungen 17 weisen jeweils Schnüffelöffnungen 19 auf, die mit einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für Druckmittel in Verbindung stehen. Durch beidseitig der Primärdichtung anliegendes Druckmittel wird diese stets nass betrieben und kann daher mit minimalem Verschleiß betrieben werden.
Die 1 zeigt den Hydrostataktor unter Last, das heißt, durch die bei bestromtem Elektromotor 6 axial verlagerter Antriebsplatte 9 und damit axial beaufschlagtem Kolben 12 mit unter Druck stehenden Druckmittelvolumina 13. Wird die Bestromung des Elektromotors 6 aufgehoben oder die Drehrichtung umgekehrt, werden die Kolben 12 entlastet und kehren in Richtung der Schnüffelöffnungen zurück. Überfährt dabei die Primärdichtung 14 eine Schnüffelöffnung 19, wird ein Druckausgleich zwischen den Druckmittelvolumina 13 und dem Vorratsbehälter über die Schnüffelöffnungen 19 durchgeführt. Die Schnüffelöffnungen 19 können innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 2 zusammengeführt und mittels einer einzigen Ausgleichsleitung mit dem entfernt angeordneten Vorratsbehälter verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann in nicht einsehbarer Weise in einem oder mehreren, in Umfangsrichtung zwischen den bevorzugt drei Geberzylindern 10 vorgesehenen Zwischenräumen ein Vorratsvolumen für Druckmittel vorgesehen sein. Im Weiteren können zusätzlich in diesen Zwischenräumen eine Verdrehsicherung für die Gehäuseteile 3, 4 oder ein nur teilweise gezeigtes Wegsensorelement 20, das hier radial außerhalb der Geberzylinder 10 angeordnet ist, vorgesehen werden.
2 zeigt den gegenüber dem Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors 1 der 1 leicht abgewandelten Hydrostataktor 1a, bei dem das Wegsensorelement zur Erfassung des Axialwegs der Kolben 12a der Geberzylinder 10a, 10b in nicht einsehbarer Weise in einem Zwischenraum zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Geberzylindern 10b angeordnet ist. Infolgedessen kann radialer Bauraum gespart und der Durchmesser des Gehäuses 2a verringert werden.
Um Herstellungskosten zu sparen, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Hydrostataktors 1a die Geberzylindereinheit 8a so ausgebildet ist, dass lediglich der togologisch an höchster Position angeordnete Geberzylinder 10a mit einer Sekundärdichtung 17a, einer Schnüffelöffnung 19a und einem Nachlaufvolumen 18a versehen ist. Dieser Geberzylinder 10a übernimmt dabei den Druckausgleich mit dem Vorratsbehälter beziehungsweise Vorratsvolumen. Die übrigen Geberzylinder 10b sind dabei über die Druckausgänge 15a miteinander verbunden, so dass der Druckausgleich des Geberzylinders 10a auch für die Geberzylinder 10b wirksam ist.
Bezugszeichenliste

1: Hydrostataktor
1a: Hydrostataktor
2: Gehäuse
2a: Gehäuse
3: Gehäuseteil
4: Gehäuseteil
5: Antriebseinheit
6: Elektromotor
7: Planetenwälzgetriebe
8: Geberzylindereinheit
8a: Geberzylindereinheit
9: Antriebsplatte
10: Geberzylinder
10a: Geberzylinder
10b: Geberzylinder
11: Geberzylindergehäuse
12: Kolben
12a: Kolben
13: Druckmittelvolumen
14: Primärdichtung
15: Druckausgang
15a: Druckausgang
16: Druckanschluss
17: Sekundärdichtung
17a: Sekundärdichtung
18: Nachlaufvolumen
18a: Nachlaufvolumen
19: Schnüffelöffnung
19a: Schnüffelöffnung
20: Wegsensorelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009051245 [0002]
DE 102010009297 [0002]
DE 102010014673 [0002]

Claims

Hydrostataktor (1, 1a) insbesondere in einem Kraftfahrzeug enthaltend eine Antriebseinheit (5) mit einem Elektromotor (6) und einem von einem Rotor des Elektromotors (6) angetriebenen Planetenwälzgetriebe (7) sowie einer von dem Planetenwälzgetriebe (7) angetriebenen hydrostatischen, um das Planetenwälzgetriebe (7) angeordneten Geberzylindereinheit (8, 8a), dadurch gekennzeichnet, dass die Geberzylindereinheit (8, 8a) aus mehreren bezüglich einer Drehachse des Rotors über den Umfang verteilten und jeweils mit dem Planetenwälzgetriebe (7) verbundenen Geberzylindern (10, 10a, 10b) gebildet ist.
Hydrostataktor (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberzylinder (10, 10a, 10b) als unabhängig von einander und unabhängig von der Antriebseinheit (5) prüfbare Einheiten mit einem Geberzylindergehäuse (11) und einem gegenüber diesem axialer verlagerbaren Kolben (12, 12a) ausgebildet sind und in einem Gehäuse (2, 2a) des Hydrostataktors (1, 1a) lagepositioniert aufgenommen sind.
Hydrostataktor (1, 1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (12, 12a) und dem Geberzylindergehäuse (11) eingeschlossene Druckmittelvolumina (13) der Geberzylinder (10, 10a, 10b) miteinander verbunden sind und in eine gemeinsame Druckleitung für einen Nehmerzylinder münden.
Hydrostataktor (1, 1a) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein Druckmittelvolumen (13) eines Geberzylinders (10, 10, 10b) zwischen Kolben (12, 12a) und Geberzylindergehäuse (11) abdichtende Primärdichtung (14) an dem Kolben (12, 12a) aufgenommen ist.
Hydrostataktor (1, 1a) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Geberzylinder (10, 10a) nach außen zwischen Kolben (12, 12a) und Geberzylindergehäuse (11) mittels einer Sekundärdichtung (17, 17a) abgedichtet ist.
Hydrostataktor (1, 1a) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Geberzylinder (10, 10a) zwischen der Primärdichtung (14) und der Sekundärdichtung (17, 17a) eine Schnüffelöffnung (19, 19a) zu einem Vorratsbehälter vorgesehen ist.
Hydrostataktor (1a) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung des Hydrostataktors (1a) im Betrieb zumindest der topologisch am höchsten angeordnete Geberzylinder (10a) mit der Schnüffelöffnung (19a) versehen ist.
Hydrostataktor (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei Geberzylindern (10, 10a, 10b) ein weiteres Funktionsbauteil des Hydrostataktors (1, 1a) angeordnet ist.
Hydrostataktor (1, 1a) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsbauteil eine Verdrehsicherung für ein zweiteilig ausgebildetes Gehäuse (2, 2a) des Hydrostataktors (1, 1a), elf Wegsensorelement und/oder ein mit zumindest einem Druckmittelvolumen eines Geberzylinders verbindbares Vorratsvolumen eines Druckmittels ist.