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Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor mit einem von einem Elektromotor mittels einer Kolbenstange linear betätigten Kolben eines Geberzylinders einer hydrostatischen Strecke sowie einem eine Drehbewegung eines Rotors des Elektromotors in eine lineare Verlagerungsbewegung des Kolbens wandelnden und eine Drehzahl des Rotors untersetzenden Getriebe.
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Ein gattungsgemäßer Hydrostataktor zur automatisierten Betätigung einer Reibungskupplung ist beispielsweise aus der
DE 198 24 772 A1 bekannt. Hierbei treibt ein Elektromotor über ein Schneckengetriebe eine Kolbenstange eines Geberzylinders an, dessen zugeordneter Kolben bei Verlagerung des Kolbens über eine hydraulische Strecke auf einen die Reibungskupplung betätigenden Nehmerzylinder einwirkt. Durch die achsparallele Anordnung der Rotorwelle und der Längsachse des Geberzylinders ist der erforderliche Bauraum vergleichsweise groß. Die Dokumente
DE 10 2010 047 800 A1 ,
DE 10 2011 047 801 A1 ,
DE 10 2011 014 932 A1 und
DE 10 2011 105 501 A1 zeigen Hydrostataktoren, bei denen die Rotorwelle und eine Längsachse des Geberzylinders koaxial zu einander angeordnet sind. Hierbei verlängert sich der axiale Bauraum und es sind aufwendige Planetenwälzgetriebe vonnöten. Aus der
DE 10 2006 023 535 A1 ist ein Zykloidgetriebe für eine Sitzverstellung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem ein Elektromotor eine Ausgangswelle des Zykloidgetriebes koaxial antreibt.
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Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung von Hydrostataktoren zur Erzielung einer Vereinfachung und einer Verringerung des Bauraums dieser.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die diesem untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.
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Der vorgeschlagene Hydrostataktor ist insbesondere zur Betätigung von Reibungskupplungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen vorgesehen, kann aber auch in anderen Anwendungen insbesondere in Kraftfahrzeugen zur linearen Verlagerung von Bauteilen gegeneinander eingesetzt werden. Hierzu verfügt der Hydrostataktor über einen beispielsweise von einem Steuergerät gesteuerten Elektromotor, bevorzugt einen elektrisch kommutierten Elektromotor. Der Rotor des Elektromotors betätigt mittels einer Kolbenstange einen Kolben in einer Zylinderlaufbahn eines Geberzylinders. Der Geberzylinder ist in dem Gehäuse des Elektromotors aufgenommen oder aus diesem gebildet. Der Geberzylinder ist Teil einer hydrostatischen Strecke, in die ein Nehmerzylinder eingebunden ist, der bei Druckaufbau des Geberzylinders betätigt wird. Hierbei kann der Nehmerzylinderkolben bevorzugt mittels eines Betätigungslagers drehentkoppelt ein Hebelsystem der Reibungskupplung axial beaufschlagen, so dass abhängig von der Konstruktion der Reibungskupplung diese ausgehend von einem geschlossenen Zustand geöffnet oder ausgehend von einem geöffneten Zustand geschlossen wird. Hierbei ist zwischen Rotor und Kolbenstange des Geberzylinders ein Getriebe vorgesehen, welches die Drehbewegung in eine Linearbewegung wandelt und eine Übersetzung ins Langsame bereitstellt, so dass ein Elektromotor mit vergleichsweise kleiner Leistung und geringer Dimension mit hohen Drehzahlen eingesetzt werden kann. Zur Bereitstellung eines minimierten Bauraums hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Rotorachse des Rotors und eine Längsachse des Geberzylinders im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Es hat sich hierbei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Getriebe aus einem die Kolbenstange exzentrisch antreibenden Zykloidgetriebe gebildet ist. Derartige Zykloidgetriebe lassen sich kostengünstig fertigen und weisen geringe Bauräume auf, so dass ein derartiges Getriebe direkt sich an den Rotor anschließend vorgesehen werden kann, ohne dass der Hydrostataktor bezogen auf die Längsachse des Geberzylinders radial hoch baut. Die radial ineinander epizykloid aufeinander abwälzenden, scheibenartig aufgebauten Getriebekomponenten ermöglichen hohe Übersetzungen bei bezogen auf die Rotorwelle axial kurzem Bauraum. Dabei hat es sich besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Ausgangsteil des Zykloidgetriebes einen Exzenterzapfen aufweist, an dem die Kolbenstange drehgelagert, beispielsweise gleit- oder wälzgelagert aufgenommen ist. Dabei kann der Exzenterzapfen bezüglich seines Abstands zur Drehachse des Ausgangsteils und/oder bezüglich seines Umfangs bei einer vorgegebenen Kolbenposition so auf dem Ausgangsteil angeordnet sein, dass über einen Verlagerungsbereich wie Betätigungsweg oder dergleichen ein lineares oder nicht lineares Verhalten zu der Drehbewegung des Rotors eingestellt ist. So kann in bevorzugter Weise bei kleinen Betätigungskräften ein großes Verhältnis des zurückgelegten Wegs des Kolbens zum Verdrehwinkel des Rotors und bei hohem Kraftaufwand ein kleines Verhältnis von zurückgelegtem Weg des Kolbens und der Drehbewegung des Rotors vorgesehen sein, so dass durch die Anordnung des Exzenterzapfens auf dem Ausgangsteil eine Kraftkennlinie der Betätigung einer Reibungskupplung zumindest teilweise korrigiert werden kann beziehungsweise ein großer zurückzulegender Weg schnell zurück gelegt werden kann und ein Weg mit hoher notwendiger Wegauflösung, beispielsweise im Schlupfbereich der Reibungskupplung mit hoher Wegauflösung zurückgelegt werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine über zumindest einen Teil der Verlagerungsbewegung wirksame Kompensationsfeder vorgesehen sein, die den Rotor vorspannen kann, so dass über die Verlagerungsbewegung ein gleichmäßigerer Kraftbedarf für den Elektromotor bei über die Verlagerungsbewegung ungleicher Kennlinie der Reibungskupplung eingestellt werden kann. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Kompensationsfeder bauraumneutral eingesetzt wird, indem diese beispielsweise in das Getriebe integriert ist. In vorteilhafter Weise kann diese als Torsionsfeder ausgebildet sein und um ein Ausgangsteil des Getriebes innerhalb eines radialen Bauraums des Elektromotors angeordnet sein. Hierbei kann die Torsionsfeder zwischen zwei sich drehenden Getriebestufen oder zwischen einem festen Gehäusebauteil und einem drehenden Bauteil des Getriebes angeordnet sein, so dass diese quasi bei Verdrehung vorgespannt oder bei entsprechender Vorspannung entlastet wird, wenn der Geberzylinder vom Elektromotor betätigt wird.
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Bei Verwendung eines elektrisch kommutierten Elektromotors mit einem Inkrementzähler zur Ermittlung der Drehkennwerte des Rotors wie Drehwinkel, Drehzahl, Drehbeschleunigung und dergleichen kann auf weitere Wegsensoren des Kolbens verzichtet werden, indem in vorteilhafter Weise eine Wegzuordnung des Kolbens anhand eines die Drehkennwerte des Rotors erfassenden Inkrementzählers unter Berücksichtigung der Übersetzung des Getriebes erfolgt. Aus dem kinematischen Verhalten des Getriebes kann dabei zu jedem Drehkennwert des Rotors die entsprechende Wegposition des Geberzylinders ermittelt werden, so dass ein weiterer Teileaufwand für Wegsensoren und deren Positionierung entfallen kann. Um aus den an sich relativen Drehkennwerten absolute Wegpositionen bestimmen zu können, ist zumindest ein Anschlag innerhalb der Verlagerungsbewegung des Kolbens vorgesehen. Bei Erreichen dieses zumindest einen Anschlags wird dem Inkrementzähler beziehungsweise dessen Drehkennwerten eine vorgegebene Wegposition des Kolbens des Geberzylinders zugeordnet. Hierbei wird eine entsprechende Signalantwort des Elektromotors, beispielsweise eine Änderung der notwendigen elektrischen Größen wie Spannung, Strom, Leistung, Pulsweite oder dergleichen und/oder eine entsprechende Ausformung der Drehkennwerte, beispielsweise bei Bestromung sich nicht ändernder Drehkennwerte und dergleichen bei Bestromung des Elektromotors ausgewertet und damit eine Anlage am Anschlag erkannt. Es versteht sich, dass der Anschlag nicht zwangsweise ein harter formschlüssiger Anschlag sein muss. Vielmehr kann als Anschlag eine vorgesehene Kraft des Elektromotors erfordernde Einrichtung, beispielsweise eine Rampe, eine Stelle mit erhöhter Reibung und dergleichen dienen.
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Zur Erzielung eines kompakten Bauraums kann weiterhin vorgesehen sein, in einen bezogen auf die Längsachse der Verlagerungsbewegung axialen Bauraum des Hydrostataktors ein Vorratsbehälter für hydraulisches Druckmedium zu integrieren. Beispielsweise kann der Vorratsbehälter zwischen einen endseitigen Druckanschluss des Geberzylinders und den erhöhten Bauraum des Elektromotors eingepasst sein, so dass der axiale Bauraum des Hydrostataktors konstant bleibt und ein radialer, von dem Elektromotor vorgegebener Bauraum ebenfalls nicht erweitert wird. Hierbei kann der Vorratsbehälter geodätisch über dem Geberzylinder und axial benachbart zum Elektromotor vorgesehen sein, so dass zwischen Vorratsbehälter und Schnüffelöffnung des Geberzylinders eine direkte Verbindung ohne zusätzliche Versorgungsleitung vorgesehen werden kann.
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Die Lagerung des Elektromotors, des Getriebes, der Achsen des Getriebes und der Positionierung des Geberzylinders kann in einem gemeinsamen Gehäuse erfolgen. In bevorzugter Weise kann das Gehäuse ein- oder mehrteilig aus Leichtmetalldruckguss hergestellt sein. Die entsprechenden Augen für die Achsen beziehungsweise Lager können hierbei bereits weitgehend werkzeugfallend vorbereitet sein.
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Die Erfindung wird anhand des in den beiden 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische 3D-Darstellung eines Hydrostataktors
und
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2 den Hydrostataktor der 1 in schematischer Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt den Hydrostataktor 1 in 3D-Ansicht. Die schematische Darstellung zeigt das Gehäuse 2, welches den Elektromotor 3 in vertikaler Ausrichtung am runden Gehäuseteil 4 aufnimmt. Der Geberzylinder 6 ist hierzu senkrecht in horizontaler Ausrichtung in dem flachen Gehäuseteil 5 angeordnet. Auf dem flachen Gehäuseteil 5 sitzt zwischen dem Druckanschluss 7 und dem Gehäuseteil 4 der Vorratsbehälter 9 auf, ohne den vertikalen Bauraum des Hydrostataktors 1 zu erhöhen. Mittels der Befestigungslaschen 8 wird der Hydrostataktor 1 in einem Chassis oder an einem Motor- oder Getriebegehäuse eines Kraftfahrzeugs aufgenommen.
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Die
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Hydrostataktor
1 der
1 entlang der Rotorachse r des Rotors
10 des Elektromotors
3 und der Längsachse x des Geberzylinders
6. Rotorachse r und Längsachse x sind im Wesentlichen rechtwinklig angeordnet, so dass der Hydrostataktor
1 bevorzugt mit vertikal angeordnetem Elektromotor
3 und horizontal angeordnetem Geberzylinder
6 eingebaut wird. Der Stator
11 des Elektromotors
3 ist in dem Gehäuseteil
4 des Gehäuses
2 fest gelagert, der Rotor
10 ist in dem Gehäuseteil
4 mittels des Lagers
12 – Gleit- oder Wälzlager – verdrehbar und axial fest an dem Gehäuseauge
16 gelagert. Das Getriebe
13 in Form des Zykloidgetriebes
14 schließt sich axial unmittelbar an den Stator
11 an und stützt sich gegen das Gehäuseteil
4 ab. Das Ausgangsteil
15 des Zykloidgetriebes
14 ist koaxial und gegenüber dem Lager
12 mittels des Lagers
17 – Gleit- oder Wälzlager – an dem Gehäuseauge
18 des Gehäuses
2 verdrehbar aufgenommen. Die Getriebescheiben
19,
20 des Zykloidgetriebes
14 werden vom Rotor
10 angetrieben und treiben mit vorgegebener Untersetzung das Ausgangsteil
15 an. Zur detaillierten Funktion eines an sich bekannten Zykloidgetriebes wird auf die
DE 10 2006 023 535 A1 verwiesen.
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An dem Ausgangsteil 15 ist der Exzenterzapfen 21 im vorgegebenen Abstand zur Rotorachse r und in vorgegebenem Umfang aufgenommen. Mittels des Lagers 22 – Gleit- oder Wälzlager – ist an dem Exzenterzapfen 21 die Kolbenstange 23 aufgenommen. Die Kolbenstange 23 verlagert den Kolben 24 linear in dem Geberzylinder 6. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine zum Gehäuse 2 vorgesehene separate und gegen den Kolben 24 abdichtende Kolbenführung 25 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kolben 24 betätigt, so dass in dem Druckraum 26 und in der sich dem Druckanschluss 7 nachfolgenden, nicht dargestellten hydrostatischen Strecke wie Druckleitung ein hydrostatischer Druck einstellt, der einen nachgeschalteten Nehmerzylinder betätigt. Im zurückgezogenen Zustand des Kolbens 24 steht der Inhalt des Vorratsbehälters 9 über die Schnüffelöffnung 27 in Verbindung mit dem Druckraum 26, so dass ein Druckausgleich erfolgen kann und gegebenenfalls eine Entlüftung stattfinden kann.
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Mittels einer entsprechenden Anordnung des Exzenterzapfens 21 an dem Ausgangsteil 15 kann eine erforderliche Kennlinie wie Kraftkennlinie durch ein nicht lineares Verhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors 10 und der Kolbenbewegung erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ kann mittels der um das Ausgangsteil 15 angeordneten Kompensationsfeder 28 die Bewegung des Kolbens 24 durch den Elektromotor 3 unterstützt werden. Hierzu ist die Kompensationsfeder 28 zwischen Ausgangsteil 15 und Gehäuseteil 4 eingehängt oder vorgespannt.
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An dem elektrisch kommutierten Elektromotor 3 ist der Inkrementzähler 29 vorgesehen, der Drehkennwerte des Rotors 10, beispielsweise Winkelinkremente des Rotors 10 zählt und damit den Drehwinkel, die Drehzahl, die Drehbeschleunigung und ähnliche Drehkennwerte des Rotors 10 erfasst. Aufgrund der festen Zuordnung der Rotorbewegung zu der Linearbewegung des Kolbens 24 kann bei Kenntnis der Übersetzungsverhältnisse des Zykloidgetriebes 14 und der Hebelverhältnisse des Exzenterzapfens beispielsweise anhand hinterlegter Kennlinien aus den Drehkennwerten des Inkrementzählers 29 der Weg wie Betätigungsweg des Kolbens 24 ermittelt werden. Die relativ von dem Inkrementzähler 29 ermittelten relativen Bewegungen des Kolbens 24 werden durch entsprechend im Verlagerungsbereich des Kolbens 24 oder der nachfolgenden Getriebebauteile vorhandenen Anschläge, jedoch zumindest einen Anschlag referenziert, so dass ein Absolutweg des Kolbens 24 erfasst werden kann.
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In der Vorortelektronik 30 wird der Elektromotor 3 anhand von beispielsweise über einen Datenbus über den Stecker 31 übertragenen Steuersignalen gesteuert und mittels einer Stromversorgung gespeist. Hierbei kann die Vorortelektronik 30 eine komplette Steuereinheit des Hydrostataktors 1 oder lediglich eine Leistungselektronik des Elektromotors 3 enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrostataktor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Elektromotor
- 4
- Gehäuseteil
- 5
- Gehäuseteil
- 6
- Geberzylinder
- 7
- Druckanschluss
- 8
- Befestigungslasche
- 9
- Vorratsbehälter
- 10
- Rotor
- 11
- Stator
- 12
- Lager
- 13
- Getriebe
- 14
- Zykloidgetriebe
- 15
- Ausgangsteil
- 16
- Gehäuseauge
- 17
- Lager
- 18
- Gehäuseauge
- 19
- Getriebescheibe
- 20
- Getriebescheibe
- 21
- Exzenterzapfen
- 22
- Lager
- 23
- Kolbenstange
- 24
- Kolben
- 25
- Kolbenführung
- 26
- Druckraum
- 27
- Schnüffelöffnung
- 28
- Kompensationsfeder
- 29
- Inkrementzähler
- 30
- Vorortelektronik
- 31
- Stecker
- r
- Rotorachse
- x
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19824772 A1 [0002]
- DE 102010047800 A1 [0002]
- DE 102011047801 A1 [0002]
- DE 102011014932 A1 [0002]
- DE 102011105501 A1 [0002]
- DE 102006023535 A1 [0002, 0015]
