DE102014207234A1

DE102014207234A1 - Electrohydraulic actuator

Info

Publication number: DE102014207234A1
Application number: DE102014207234.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Stauder; Marco Besier
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2015-10-15
Also published as: WO2015158576A3; WO2015158576A2

Abstract

Elektrohydraulischer Aktuator mit einem Elektromotor (1), einem dem Elektromotor (1) wirkungsmäßig nachgeschalteten Rotations-Translationsgetriebe (2), das eine Gewindespindel (13) sowie eine Gewindemutter (14) aufweist, mit mindestens einem ersten Kolben (3a, 3b), der mindestens einen ersten hydraulischen Druckraum (4a, 4b) begrenzt, sowie mindestens einem zweiten Kolben (5a, 5b), der mindestens einen zweiten hydraulischen Druckraum (6a, 6b) begrenzt, wobei die Translationsbewegung des Rotations-Translationsgetriebes (2) auf die Kolben (3a, 3b, 5a, 5b) übertragen wird, wobei der Elektromotor (1) koaxial zur Gewindespindel (13) bzw. der Gewindemutter (14) und radial umgreifend zu den Kolben (3a, 3b, 5a, 5b) angeordnet ist, die um die Gewindespindel (13) gleichförmig verteilt angeordnet sind.Electrohydraulic actuator comprising an electric motor (1), a rotation-translation gear (2) operatively connected downstream of the electric motor (1), which has a threaded spindle (13) and a threaded nut (14), with at least one first piston (3a, 3b) at least one first hydraulic pressure chamber (4a, 4b) limited, and at least one second piston (5a, 5b), the at least one second hydraulic pressure chamber (6a, 6b) limited, wherein the translational movement of the rotational translation gear (2) on the piston ( 3a, 3b, 5a, 5b), wherein the electric motor (1) coaxial with the threaded spindle (13) and the threaded nut (14) and radially encompassing to the piston (3a, 3b, 5a, 5b) is arranged around the threaded spindle (13) are arranged uniformly distributed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Aktuator mit einem Elektromotor, einem dem Elektromotor wirkungsmäßig nachgeschalteten Rotations-Translationsgetriebe, das eine Gewindespindel sowie eine Gewindemutter aufweist, mit mindestens einem ersten Kolben, der einen ersten hydraulischen Druckraum begrenzt, sowie mindestens einem zweiten Kolben, der einen zweiten hydraulischen Druckraum begrenzt, wobei die Translationsbewegung des Rotations-Translationsgetriebes auf die Kolben übertragen wird.The present invention relates to an electrohydraulic actuator having an electric motor, a rotationally-translational gear operatively connected downstream of the electric motor, which has a threaded spindle and a threaded nut, with at least one first piston defining a first hydraulic pressure chamber and at least one second piston having a second limited hydraulic pressure chamber, wherein the translational movement of the rotary-translation gear is transmitted to the piston.

Ein derartiger Aktuator ist aus der DE 10 2007 026 183 A1 bekannt. Bei dem vorbekannten Aktuator sind die Kolben hintereinander, in einer sog. Tandemanordnung angeordnet, deren erster Kolben mit der Gewindespindel eines Kugelgewindetriebes in kraftübertragender Verbindung steht. Dabei wird die Gewindemutter des Kugelgewindetriebes über einen Kegelradantrieb von einem Elektromotor angetrieben, der senkrecht zum Kugelgewindetrieb bzw. der Kolbenanordnung angeordnet ist. An die Druckräume sind unter Zwischenschaltung einer Druckmodulationseinheit Radbremsen eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. Als Nachteile des gezeigten Aktuators werden dessen komplizierter, mit hohen Herstellungskosten verbundener Aufbau, sowie die erhebliche axiale Baulänge empfunden.Such an actuator is from the DE 10 2007 026 183 A1 known. In the known actuator, the pistons are arranged in succession, in a so-called tandem arrangement, whose first piston is in force-transmitting connection with the threaded spindle of a ball screw drive. In this case, the threaded nut of the ball screw is driven by a bevel gear by an electric motor which is arranged perpendicular to the ball screw or the piston assembly. To the pressure chambers wheel brakes of a motor vehicle are connected with the interposition of a pressure modulation unit. As disadvantages of the actuator shown are the complicated, associated with high production costs structure, and the considerable axial length are felt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrohydraulischen Aktuator der oben genannten Gattung dahin gehend zu verbessern, dass dessen Aufbau vereinfacht und dessen axiale Baulänge reduziert wird.It is therefore an object of the present invention to improve an electro-hydraulic actuator of the type mentioned above so that its structure is simplified and its axial length is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrohydraulischen Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an electro-hydraulic actuator according to claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 angegeben.Advantageous developments of the subject invention are specified in the dependent claims 2 to 15.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die 1 und 2 zwei verschiedene Schnittdarstellungen des beispielsgemäßen Aktuators und die 3 eine schematische Darstellung der Druckräume mit zugeordneten Umschaltmitteln zeigen, die weiter unten erläutert sind. The invention will be explained in more detail below in connection with the accompanying drawings of an embodiment, wherein the 1 and 2 two different sectional views of the exemplary actuator and the 3 show a schematic representation of the pressure chambers with associated switching means, which are explained below.

Für die Bezeichnung gleicher Elemente werden in der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels die gleichen Bezugszeichen verwendet.For the designation of the same elements, the same reference numerals are used in the following description of the embodiment.

Die in der Zeichnung gezeigte erfindungsgemäße Aktuator besteht im Wesentlichen aus einem Elektromotor 1, einem dem Elektromotor 1 wirkungsmäßig nachgeschalteten Rotations-Translationsgetriebe 2, einem ersten Kolbenpaar, dessen Kolben 3a, 3b (s. insbesondere 2) Druckräume 4a, 4b begrenzen, sowie einem zweiten Kolbenpaar, dessen Kolben 5a, 5b weitere Druckräume 6a, 6b begrenzen. Die Druckräume 4, 6 sind bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Aktuators bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage mit lediglich vereinfacht dargestellten Bremskreisen 7 (3) verbindbar. Die Anordnung der Kolben 3, 5 bzw. der Druckräume 4, 6 ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass sie parallel zueinander symmetrisch gegenüber einer Mittelachse A der gezeigten Baugruppe angeordnet sind, wobei die Kolben 3, 5 durch eine translatorische Bewegung der Gewindemutter 13 in Richtung in der Zeichnung nach links betätigt werden. Weiterhin ist der 1 entnehmbar, dass die Druckräume 4, 6 sowie die diese begrenzenden Kolben 3, 5 durch insbesondere in mit der Achse A koaxial ausgebildeten Bohrungen in einer lediglich schematisch angedeuteten Druckmodulationseinheit 17 der vorhin erwähnten Bremsanlage gebildet bzw. geführt sind, die zur Regelung von Radbremsdrücken erforderliche, nicht gezeigte Druckmodulationsventile aufnimmt und auch als Ventilblock bezeichnet wird.The actuator according to the invention shown in the drawing consists essentially of an electric motor 1 , an electric motor 1 operatively downstream rotational translation gear 2 , a first pair of pistons, whose pistons 3a . 3b (See in particular 2 ) Pressure chambers 4a . 4b limit, as well as a second pair of pistons whose pistons 5a . 5b additional pressure chambers 6a . 6b limit. The pressure chambers 4 . 6 are in the use of the actuator according to the invention in an electro-hydraulic brake system with brake circuits shown only simplified 7 ( 3 ) connectable. The arrangement of the pistons 3 . 5 or the pressure chambers 4 . 6 is preferably made such that they are arranged parallel to each other symmetrically with respect to a central axis A of the assembly shown, wherein the piston 3 . 5 by a translational movement of the threaded nut 13 to be operated in the direction to the left in the drawing. Furthermore, the 1 removable, that the pressure chambers 4 . 6 as well as these limiting pistons 3 . 5 by in particular in the axis A coaxial bores formed in a merely schematically indicated pressure modulation unit 17 the above-mentioned brake system are formed or guided, which receives required for the regulation of Radbremsdrücken, not shown pressure modulation valves and is also referred to as a valve block.

Der Elektromotor 1 weist in einem lediglich schematisch angedeuteten Motorgehäuse 8 einen unbeweglich angeordneten Stator 9 sowie einen Permanentmagnetsegmente 11 tragenden, glockenförmigen Rotor 10 auf. Außerdem ist ein koaxial zum Rotor 10 angeordnetes, topfförmiges Bauteil 12 vorgesehen, das ein Kugellager 15 trägt, das zur Lagerung des Rotors 10 dient. Das Bauteil 12 wird gleichzeitig vorzugsweise als magnetisches Rückschlusselement für den Rotor 10 des Elektromotors 1 verwendet.The electric motor 1 indicates in a merely schematically indicated motor housing 8th a stationary stator 9 and a permanent magnet segments 11 supporting, bell-shaped rotor 10 on. Also, one is coaxial with the rotor 10 arranged, cup-shaped component 12 provided that a ball bearing 15 contributes to the storage of the rotor 10 serves. The component 12 is at the same time preferably as a magnetic yoke element for the rotor 10 of the electric motor 1 used.

Die Rotations-Translationsgetriebe 2 ist im gezeigten Beispiel als ein Kugelgewindetrieb ausgebildet, dessen Gewindespindel 13 mit dem Rotor 10 des Elektromotors 1 in drehmomentübertragender Verbindung steht und somit von ihm angetrieben bzw. in eine Drehbewegung versetzt wird, und die mittels nicht gezeigter Kugeln mit einer axial beweglichen Gewindemutter 14 zusammenwirkt. Ein Mitdrehen der Gewindemutter 14 wird dabei durch ein nicht dargestelltes Verdrehsicherungs- bzw. Gleitführungselement verhindert. Die Gewindemutter 14 ist an ihrem in der Zeichnung rechten Ende mit einem Kraftübertragungselement 16 versehen, an dem sich die Kolben 3a, 3b, 5a, 5b unter der Vorspannung von nicht dargestellten Rückstellfedern abstützen, bzw. zug- und druckkraftübertragend verbunden sind. The rotation-translation gear 2 is formed in the example shown as a ball screw whose threaded spindle 13 with the rotor 10 of the electric motor 1 is in torque transmitting connection and thus driven by him or is set in a rotational movement, and by means of balls, not shown, with an axially movable threaded nut 14 interacts. A co-rotation of the threaded nut 14 is prevented by an unillustrated Verdrehsicherungs- or sliding guide. The threaded nut 14 is at its right in the drawing end with a power transmission element 16 provided on which the pistons 3a . 3b . 5a . 5b supported under the bias of return springs, not shown, or tensile and compressive force are connected.

Eine in der Nähe des in der Zeichnung linken Endes der Gewindespindel 13 angeordnete elektronische Leiterplatte 20 trägt einen Motorpositionssensor 19, der mit einem am Ende der Gewindespindel 13 angeordneten Magnetelement 21 zusammenwirkt und beispielsweise die Winkellage der vorhin erwähnten Gewindespindel 13 und des damit winkeltreu verbundenen Rotors 10 des Elektromotors 1 erfasst. One in the vicinity of the left in the drawing of the threaded spindle 13 disposed electronic circuit board 20 carries a motor position sensor 19 that with one at the end of the threaded spindle 13 arranged magnetic element 21 cooperates and, for example, the angular position of the above-mentioned threaded spindle 13 and the angle-connected rotor 10 of the electric motor 1 detected.

Ein Wälzlager 18, das im gezeigten Beispiel als Vierpunktlager bzw. Schrägkugellager ausgebildet ist, dient der radialen Lagerung des Kugelgewindetriebs am Ventilblock 17 und zur Aufnahme der bei der Betätigung des Aktuators auftretenden Axialkräfte. Der Lagerung des in der Zeichnung rechten Endes der Gewindespindel 13 dient ein in einem ringförmigen axialen Fortsatz 22 angeordnetes Axial- und Radialkräfte abstützendes Lager 23, das sich an einem Wellfederring 24 abstützt, der für eine axiale Vorspannung der Gewindespindel 13 sorgt.A rolling bearing 18 , which is formed in the example shown as a four-point bearing or angular contact ball bearings, serves for the radial mounting of the ball screw on the valve block 17 and for receiving the axial forces occurring during the actuation of the actuator. The storage of the right in the drawing end of the threaded spindle 13 serves a in an annular axial extension 22 arranged axial and radial forces supporting bearing 23 attached to a corrugated spring ring 24 supports, for an axial bias of the threaded spindle 13 provides.

Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des erfindungsgemäßen Aktuators wird eine Umschaltung der hydraulisch wirksamen Flächen der Kolben 3a, 3b; 5a, 5b vorgeschlagen. Wie bereits erwähnt wurde, werden bevorzugt zwei Kolbenpaare 3a, 3b und 5a, 5b verwendet. Durch diese Anordnung wird eine Schieflast und damit eine Biegemomenteinleitung in den Kolbenantrieb eliminiert. Zu diesem Zweck können beispielsweise die von den Kolben 3a, 3b größeren Durchmessers begrenzten Druckräume 4a, 4b von der Druckversorgung der Radbremsen 7 abgekoppelt werden, indem eine einerseits an die Druckräume 4a, 4b und andererseits an einen drucklosen Behälter 27, beispielsweise den Druckmittelvorratsbehälter der Bremsanlage, angeschlossene hydraulische Verbindungsleitung 28 durch Öffnen eines in die Verbindungsleitung 28 eingefügten, elektromagnetisch betätigbaren, stromlos geschlossenen (SG-)2/2-Wegeventils 26 freigegeben wird. Gleichzeitig wird ein in den Verbindungsabschnitt 29 zwischen der hydraulischen Verbindungsleitung 28 und einer einerseits an die Druckräume 6a, 6b und andererseits an die Radbremsen 7 angeschlossenen, zweiten hydraulischen Verbindungsleitung 30 eingefügtes, elektromagnetisch betätigbares, stromlos offenes (SO-)2/2-Wegeventils 25 in seine Schließstellung umgeschaltet, so dass die Beaufschlagung der Radbremsen 7 mit dem in den Druckräumen 6a, 6b reduzierten Durchmessers eingesteuerten hydraulischen Druck erfolgt, so dass ein höherer Druck mit gleichem Drehmoment des Elektromotors (1) erreicht werden kann.To improve the dynamic behavior of the actuator according to the invention is a switching of the hydraulically effective surfaces of the piston 3a . 3b ; 5a . 5b proposed. As already mentioned, two pairs of pistons are preferred 3a . 3b and 5a . 5b used. By this arrangement, an unbalanced load and thus a bending moment introduction is eliminated in the piston drive. For this purpose, for example, from the piston 3a . 3b larger diameter limited pressure chambers 4a . 4b from the pressure supply of the wheel brakes 7 be disconnected by a on the one hand to the pressure chambers 4a . 4b and on the other hand to a non-pressurized container 27 , For example, the pressure fluid reservoir of the brake system, connected hydraulic connection line 28 by opening one in the connecting line 28 inserted, electromagnetically actuated, normally closed (SG) 2/2-way valve 26 is released. At the same time, one enters the connecting section 29 between the hydraulic connection line 28 and on the one hand to the pressure chambers 6a . 6b and on the other hand to the wheel brakes 7 connected, second hydraulic connecting line 30 inserted, electromagnetically operated, normally open (SO) 2/2-way valve 25 switched to its closed position, so that the application of the wheel brakes 7 with the one in the pressure chambers 6a . 6b reduced diameter hydraulic pressure is applied, so that a higher pressure with the same torque of the electric motor ( 1 ) can be achieved.

Im Umkehrschluss gilt, dass durch die Wahl einer größeren Wirkfläche (sämtlicher Kolben 3a, 3b; 5a, 5b) durch Einstellen der in 3 gezeigten Schaltposition der 2/2-Wegeventile 25, 26 und damit die erforderliche Drehgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Elektromotors 1 gewählt werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Geräuschemission und die Lebensdauer der Komponenten des erfindungsgemäßen Aktuators aus.Conversely, by choosing a larger effective area (all pistons 3a . 3b ; 5a . 5b ) by setting the in 3 shown switching position of the 2/2-way valves 25 . 26 and thus the required rotational speed or the rotational speed of the electric motor 1 can be chosen. This has a positive effect on the noise emission and the service life of the components of the actuator according to the invention.

Alternativ zu der in der Zeichnung gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Aktuators können auf dem einschlägigen Gebiet tätige Fachleute Modifikationen bzw. Änderungen durchführen, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise die die Druckräume begrenzenden Kolben als Plungerkolben ausgebildet werden, die mit unbeweglichen Dichtelementen zusammen wirken können.As an alternative to the embodiment of the actuator according to the invention shown in the drawing, those skilled in the art may make modifications without departing from the scope of the invention. Thus, for example, the pressure chambers limiting piston can be formed as a plunger, which can interact with immovable sealing elements.

Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn die Kolben durch mehrere Teilkolben gebildet werden, da sich somit ein kleinerer Rotordurchmesser bei gleichen Kolbenflächen ergibt. Bei einer Wahl unterschiedlicher Teilkolbenanzahlen pro Kolben, kann eine äquivalente Wirkung erreicht werden, die unterschiedlichen Kolbendurchmessern entspricht. Auch der Elektromotor kann auf der anderen Seite angebracht werden, wodurch die Freiheiten für die Wahl des Rotorinnendurchmessers sehr groß sind, so dass eine aus dynamischen Gesichtspunkten optimierte Lösung erreicht werden kann. Ansonsten ist die Funktionsweise dem Fachmann bekannt und braucht in der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläutert zu werden.In addition, it may be advantageous if the pistons are formed by a plurality of sub-pistons, since thus results in a smaller rotor diameter with the same piston surfaces. With a choice of different partial piston numbers per piston, an equivalent effect can be achieved, which corresponds to different piston diameters. Also, the electric motor can be mounted on the other side, whereby the freedoms for the choice of the rotor inner diameter are very large, so that an optimized solution from a dynamic point of view can be achieved. Otherwise, the operation is known in the art and need not be explained in detail in the present description.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007026183 A1 [0002]

Claims

Electrohydraulic actuator with an electric motor ( 1 ), the electric motor ( 1 ) operatively downstream rotational translation gear ( 2 ), which has a threaded spindle ( 13 ) and a threaded nut ( 14 ), with at least one first piston ( 3a . 3b ), the at least one first hydraulic pressure chamber ( 4a . 4b ) and at least one second piston ( 5a . 5b ), the at least one second hydraulic pressure chamber ( 6a . 6b ), wherein the translational movement of the rotational-translation gear ( 2 ) on the pistons ( 3a . 3b . 5a . 5b ), characterized in that the electric motor ( 1 ) coaxial with the threaded spindle ( 13 ) or the threaded nut ( 14 ) and radially encompassing the piston ( 3a . 3b . 5a . 5b ) arranged around the threaded spindle ( 13 ) are arranged uniformly distributed.

Actuator according to claim 1, characterized in that a pot-shaped component ( 12 ) is provided, in which one of the radial guidance of the threaded spindle ( 13 ) serving warehouse ( 23 ) is arranged.

Actuator according to claim 2, characterized in that in the component ( 12 ) the warehouse ( 23 ) biasing spring element, preferably a wave spring washer ( 24 ) is arranged.

Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axes of the pressure chambers ( 4a . 4b . 6a . 6b ) or the piston ( 3a . 3b . 5a . 5b ) parallel to the axis of rotation (A) of the rotational-translation gear ( 2 ) and that the pistons ( 3a . 3b . 5a . 5b ) by a translational movement of the threaded nut ( 14 ) of one with the end of the threaded nut ( 14 ) connected power transmission element ( 16 ).

Actuator according to claim 4, characterized in that an anti-rotation or sliding guide element is provided, which is a rotation of the power transmission element ( 16 ) or the threaded nut ( 14 ) prevented.

Actuator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the component ( 12 ) as magnetic return element for the rotor ( 10 ) of the electric motor ( 1 ) is trained.

Actuator according to one of claims 2 to 6, characterized in that on the component ( 12 ) another warehouse ( 15 ) arranged for the radial guidance of the rotor ( 10 ) in the air gap.

Actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that a printed circuit board ( 20 ) is provided which a motor position sensor ( 19 ), which with one on the threaded spindle ( 13 ), preferably magnetic, signal transmitter ( 19 ) cooperates and the angular position of the threaded spindle and the angle-connected rotor ( 10 ) of the electric motor ( 1 ) detected.

Actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pressure chambers ( 4a . 4b . 6a . 6b ) Brake circuits are assigned to a hydraulic brake system for motor vehicles, wherein both the pressure chambers ( 4a . 4b . 6a . 6b ) as well as the pistons ( 3a . 3b . 5a . 5b ) in a pressure modulation valves of the brake system receiving pressure modulation unit ( 17 ) are trained or led.

Actuator according to one of claims 1 to 9, characterized in that a for the storage of the threaded spindle ( 13 ) and for receiving the axial forces occurring during the actuation of the actuator, further bearing ( 18 ) at which of the electric motor ( 1 ) facing away from the end of the pressure modulation unit ( 17 ) is arranged.

Actuator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the pressure chambers ( 4a . 4b . 6a . 6b ) are arranged so that on the rotation-translation gear ( 2 ) Acting torques causing forces are compensated.

Actuator according to claim 11, characterized in that a total of four mutually parallel pressure chambers ( 4a . 4b ; 6a . 6b ), which are connected in pairs and by two piston pairs ( 3a . 3b ; 5a . 5b ) are limited, the pistons of each pair of pistons ( 3a . 3b ; 5a . 5b ) in pairs have different diameters and wherein means ( 25 . 26 ) are provided which an optional switching of the brake circuits associated active surfaces of the piston ( 3a . 3b ; 5a . 5b ) enable.

Actuator according to claim 12, characterized in that a pair of printing rooms ( 4a . 4b ) of larger diameter optionally with the second pair of printing chambers ( 6a . 6b ) smaller diameter or the brake circuits ( 7 ) or with an unpressurized pressure medium reservoir ( 27 ) is connectable.

Actuator according to claim 12 or 13, characterized in that the means for selectively switching the active surfaces of the piston ( 3a . 3b ; 5a . 5b ) by a normally open, (SO-) electromagnetically operable 2/2-way valve ( 25 ) and a normally closed, (SG-) electromagnetically operable 2/2-way valve ( 26 ) are formed.

Actuator according to one of claims 1 to 11, characterized in that the pistons are each formed by a plurality of sub-pistons, which positions symmetrically to the axis of the threaded spindle are, wherein the number of partial pistons may be different.