-
Die Erfindung betrifft eine hydromechanische Geberzylindervorrichtung für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges.
-
Auch betrifft die Erfindung eine Aktuierungseinrichtung für ein Aerodynamik-Element, wie einen Spoiler, einen Durchlass für Bremsen oder einen Luftdurchlass zur aktiven Luftströmungsveränderung, mit einer hydromechanischen Geberzylindervorrichtung.
-
Bekanntermaßen werden sogenannte Active-Aerodynamic-Elemente bzw. aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente am Fahrzeug mit elektrischen Aktoren betätigt.
-
Diese Aktoren haben in der Regel eine elektrische Schnittstelle zu einem Steuergerät und bestehen aus einer Platine und einem (bürstenlosen, mit Gleichstrom betriebenem) Schrittmotor mit sehr geringem Drehmoment und einer hohen Drehzahl.
-
Mit Hilfe einer großen Übersetzung werden dann die Drehzahl und das Drehmoment auf die Anforderungen des Active-Aerodynamic-Elements angepasst.
-
Die dezentrale Anordnung von Aktoren mit Schrittmotor bedarf eines - wenn auch geringen - Bauraums, der jedoch an manchen Positionen eines Fahrzeuges von anderen technischen Bauteilen benötigt wird, oder schlicht nicht zu Verfügung steht.
-
Auch sind Lösungen aus dem Stand der Technik aufgrund ihrer baulichen Ausgestaltung nicht für die Aufnahme und Weitergabe von großen Kräften ausgelegt oder auslegbar, da dies einerseits einen größeren Bauraum bedarf und andererseits ein größeres Gewicht für stabilere Bestandteile beinhaltet.
-
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges anzugeben, welche am Ort eines aktiv verstellbaren Aerodynamik-Elements einen kleinen Bauraum aufweist und eine verbesserte Kraftaufnahme und Kraftweiterleitung zwischen der Vorrichtung und dem aktiv verstellbaren Aerodynamik-Element gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß umfasst ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine hydromechanische Geberzylindervorrichtung für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges.
-
Unter einem „Fahrzeug“ wird in der vorliegenden Beschreibung nicht nur ein Landfahrzeug mit Rädern verstanden, sondern ebenfalls auch ein Fahrzeug, das an Bahngleise gebunden ist oder das sich in der Luft bewegen kann. Ein derartiges Fahrzeug wird vorzugsweise durch Maschinenkraft bewegt. Es ist aber auch möglich, dass die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung, z. B. in einem Segelflugzeug, also einem Fahrzeug ohne Maschinenkraft zur Fortbewegung, eingesetzt wird.
-
Bevorzugterweise umfasst eine hydromechanische Geberzylindervorrichtung für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges:
- - einen elektrischen Antrieb zum Betätigen einer Fluidverschiebeeinheit, und
- - eine Fluidverschiebeeinheit zum Verschieben eines Fluids in zwei Fluidstrecken.
-
Ferner ist es bevorzugt, dass die Fluidverschiebeeinheit eine, insbesondere eine einzige, Kolbenvorrichtung aufweist.
-
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fluidverschiebeeinheit ausgebildet ist, mit der Kolbenvorrichtung gleichzeitig auf zwei fluidtechnisch voneinander getrennte Fluidstrecken einzuwirken, über welche die Geberzylindervorrichtung mit je einer hydraulischen Betätigungseinheit zum aktiven Verstellen eines Aerodynamik-Elements verbindbar ist. Somit können also mithilfe der Fluidverschiebeeinheit zwei Flüssigkeitssäulen verschoben werden, mit denen die Aktuierung eines aktiv verstellbaren Aerodynamik-Elements eines Fahrzeuges möglich ist. Insbesondere durch die Ausbildung zweier fluidtechnisch voneinander getrennter Fluidstrecken ist es zum Beispiel möglich, einen linken und rechten Frontspoiler eines Automobils gemeinsam um das gleiche Maß und in die gleiche Richtung zu verstellen. Auf diese Weise kann also die Aerodynamik eines Fahrzeuges an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeuges (beispielsweise linker Frontspoiler und rechter Frontspoiler) mithilfe einer einzigen Fluidverschiebeeinheit verändert werden.
-
Ferner kann mithilfe der vorgestellten hydromechanischen Geberzylindervorrichtung eine zentralangeordnete und -gesteuerte, hydraulische Betätigung für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges erreicht werden. So können, wie bereits angedeutet, zwei Spoiler dieselbe Stellung einnehmen (z. B. rechts-links), wobei dieses Paar stufenlos verstellbar ist. Denn die Fluidverschiebeeinheit ist vorzugsweise stufenlos verstellbar.
-
Günstigerweise ist die Fluidverschiebeeinheit mit dem elektrischen Antrieb verbunden, sodass die Kolbenvorrichtung von dem elektrischen Antrieb linear verfahrbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es also günstig, wenn der elektrische Antrieb die Kolbeneinrichtung verfährt.
-
Vorzugsweise weist die Kolbenvorrichtung ein erstes und ein zweites Kolbenelement für je eine Fluidstrecke auf. Somit ist es möglich, mithilfe einer einzigen Fluidverschiebeeinheit bzw. mithilfe einer Kolbenvorrichtung zwei getrennte Flüssigkeitssäulen für je eine hydraulische Betätigungseinheit zu verschieben.
-
Günstigerweise sind das erste und zweite Kolbenelement konzentrisch zueinander oder nebeneinander ausgebildet.
-
Bevorzugterweise weist im Querschnitt das erste Kolbenelement dieselbe Querschnittsfläche auf wie das zweite Kolbenelement. Auf diese Weise können beide Kolbenelemente das identische Volumen bzw. identische Menge an Fluid verschieben.
-
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Querschnittsflächen des ersten Kolbenelements und des zweiten Kolbenelements unterschiedlich ausgebildet sind. Auf diese Weise können auch entsprechend unterschiedliche Volumen von Fluid verschoben werden.
-
Auch ist es günstig, wenn das erste Kolbenelement hohlzylinderförmig oder zylinderförmig ausgebildet ist.
-
Des Weiteren ist es möglich, wenn das zweite Kolbenelement zylinderförmig ausgebildet ist.
-
Insbesondere bei der Kombination eines ersten hohlzylinderförmigen Kolbenelements mit einem zweiten zylinderförmigen Kolbenelements ist eine platzsparende Anordnung möglich.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kolbenvorrichtung eine Kolbenbasis aufweist, über welche das erste und zweite Kolbenelement miteinander verbunden sind. Somit kann also durch Verschieben der Kolbenbasis bzw. einer einzigen Kolbenbasis gleichzeitig ein Verschieben des ersten und zweiten Kolbenelements erreicht werden.
-
Vorteilhafterweise weist ein zweites Kolbenelement der Kolbenvorrichtung eine Aufnahme für ein Vorlastelement auf, das vorzugsweise hilft, die Kolbenvorrichtung in eine Position zurückzufahren. Somit kann also die Kolbenvorrichtung in Richtung einer Ausgangsposition mit Kraft beaufschlagt werden.
-
Auch ist es von Vorteil, wenn die Aufnahme als zylindrische Ausnehmung im zweiten Kolbenelement auf gegenüberliegender Seite zum elektrischen Antrieb ausgebildet ist. Dies ermöglicht es also, die Kolbenvorrichtung stets in Richtung des elektrischen Antriebs mit Kraft zu beaufschlagen.
-
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Kolbenvorrichtung ein schüsselförmiges Befestigungselement aufweist, das der Befestigung eines Vorlastelements am zweiten Kolbenelement dient.
-
Vorzugsweise ist das Befestigungselement in der Aufnahme für ein Vorlastelement angeordnet.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem Befestigungselement ein Vorlastelement zur spielfreien Anbindung der Kolbenvorrichtung an den elektrischen Antrieb und zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit anordenbar ist.
-
Auch ist es möglich, dass das Vorlastelement als Schraubenfeder ausgebildet ist.
-
Vorzugsweise weist jedes Kolbenelement eine kreisringförmige Dichtung zum Dichten einer Druckkammer auf.
-
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem zweiten Kolbenelement und dem Befestigungselement die Dichtung angeordnet ist.
-
Ferner ist es möglich, dass an einer Seite der Kolbenvorrichtung oder des zweiten Kolbenelements, die der Kolbenbasis gegenüberliegend angeordnet ist, die Dichtung angeordnet ist.
-
Bevorzugterweise weist die Geberzylindervorrichtung ein Gehäuse auf, in welchem die Fluidverschiebeeinheit und zumindest teilweise der elektrische Antrieb angeordnet sind.
-
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Gehäuse eine erste Druckkammer für ein erstes Kolbenelement und eine zweite Druckkammer für ein zweites Kolbenelement aufweist.
-
Vorzugsweise weist die erste Druckkammer einen kreisringförmigen oder kreisrunden Querschnitt auf.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zweite Druckkammer zylinderförmig ausgebildet ist.
-
Vorteilhafterweise ist das erste Kolbenelement in der ersten Druckkammer und das zweite Kolbenelement in der zweiten Druckkammer anordenbar.
-
Günstigerweise weist das Gehäuse pro Kolbenvorrichtung eine Positionseinrichtung zum Halten der Position eines Vorlastelements auf.
-
Auch ist es günstig, wenn die Positionseinrichtung als Absatz ausgebildet ist, welcher einen Außendurchmesser umfasst, der an den Innendurchmesser des Vorlastelements angepasst ist.
-
Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse ein Reservoir für Hydraulikfluid umfasst.
-
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Reservoir von einem Verschluss mit einer Membran verschließbar ist, mit der der Druckausgleich zur Umgebung sichergestellt wird, der vorzugsweise aber auch dafür sorgt, dass keine Partikel in das Reservoir von außen eindringen können.
-
Bevorzugterweise weist der elektrische Antrieb einen elektrischen Motor als Antrieb und einen Abtrieb auf.
-
Ferner ist es bevorzugt, dass der Abtrieb ausgebildet ist, die Kolbenvorrichtung linear zu verschieben, um somit gleichzeitig die Position eines ersten und zweiten Kolbenelements der Kolbenvorrichtung, insbesondere relativ zu einem Gehäuse der Geberzylindervorrichtung, einzustellen.
-
Günstigerweise ist der Abtrieb ausgebildet, die Kolbenvorrichtung derart linear zu verschieben, dass eine Rotation der Kolbenvorrichtung unterbunden ist.
-
Ferner ist es günstig, wenn der Abtrieb einen Gewindetrieb mit einer Spindelmutter und einer Gewindespindel aufweist.
-
Vorzugsweise weist die Gewindespindel einen geringen Steigungswinkel auf, um die Position der Kolbenvorrichtung durch Selbsthemmung der Spindelmutter beizubehalten. So kann mithilfe der erfindungsgemäßen hydromechanischen Geberzylindervorrichtung eine bestimmte Position einer Betätigungseinheit angefahren werden, und diese Position ohne weitere Energiezufuhr gehalten werden.
-
Auch kann vorgesehen sein, dass die Spindelmutter drehfest mit dem Antrieb, insbesondere mit dem Rotor des elektrischen Motors, verbunden ist, um die Gewindespindel linear zu verfahren.
-
Des Weiteren ist es möglich, dass die Gewindespindel einerseits in der Gewindemutter verfahrbar angeordnet ist, und andererseits an der Kolbenvorrichtung befestigt ist.
-
Bevorzugterweise weist die Geberzylindervorrichtung eine Leistungselektronik für den elektrischen Antrieb auf.
-
Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, wenn die Geberzylindervorrichtung eine Anbindung für ein Steuergerät zum Steuern des elektrischen Antriebs aufweist.
-
Vorzugsweise ist die Leistungselektronik auf einer Seite des elektrischen Antriebs angeordnet, die der Fluidverschiebeeinheit gegenüberliegt.
-
Auch kann vorgesehen sein, dass ein Steuergerät der Geberzylindervorrichtung mindestens einen elektrischen Antrieb steuert und/oder Signale von einem Wegsensor und/oder Signale von mindestens einem Drucksensor aufnimmt und verarbeitet.
-
Vorteilhafterweise weist die Geberzylindervorrichtung einen Wegsensor für die Fluidverschiebeeinheit, insbesondere für deren Kolbenvorrichtung, auf, um die Position bzw. den Hub der Kolbenvorrichtung relativ zu einem Gehäuse zu erfassen.
-
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Geberzylindervorrichtung mindestens einen Drucksensor für eine Druckkammer aufweist. Insbesondere bei der Verwendung eines Wegsensors und mindestens eines Drucksensors ist es möglich, Weg- und Drucksignal des entsprechenden Sensors miteinander abzugleichen.
-
Vorzugsweise ist der mindestens eine Drucksensor auf Seiten des elektrischen Antriebs platziert, sodass dessen Anschluss an der Leistungselektronik gewährleistbar ist.
-
Bevorzugterweise weist die Geberzylindervorrichtung eine Entlüftungseinrichtung auf, mit welcher Luftblasen innerhalb des Gehäuses in ein Reservoir führbar sind, sodass die Druckkammern mit Fluid nachfüllbar sind.
-
Ferner ist bevorzugt, wenn die Entlüftungseinrichtung eine Schnüffelnut umfasst, die am ersten Kolbenelement angeordnet ist, sodass in maximaler Extension der Kolbenvorrichtung Luft vom Raum zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelement in die Schnüffelnut strömen kann.
-
Auch ist es bevorzugt, dass die Schnüffelnut ferner als Fluidverbindung zwischen dem Äußeren der Kolbenvorrichtung und dem Raum ausgebildet ist, der zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelement angeordnet ist.
-
Vorzugsweise weist das Reservoir eine Bohrung aufweist, sodass Luft von der Schnüffelnut Richtung Reservoir förderbar ist.
-
Günstigerweise weist die Kolbenvorrichtung eine erste, elektrische und eine zweite, hydraulische Seite auf.
-
Auch ist es günstig, wenn an der zweiten Seite ein Leitungsadapter am Gehäuse angeordnet ist. Mit diesem Leitungsadapter ist es möglich, eine Fluidleitung an die Geberzylindervorrichtung anzuschließen.
-
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Fluidverschiebeeinheit und/oder Kolbenvorrichtung an der ersten Seite mit dem elektrischen Antrieb verbunden bzw. an dem elektrischen Antrieb angebunden ist.
-
Vorzugsweise weist die Kolbenvorrichtung an der zweiten Seite eine Aufnahme für ein Vorlastelement auf.
-
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Aktuierungseinrichtung für ein Aerodynamik-Element, wie einen Spoiler, einen Durchlass für Bremsen oder einen Luftdurchlass zur aktiven Luftströmungsveränderung.
-
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale der hydraulischen Geberzylindervorrichtung, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei der Aktuierungseinrichtung Anwendung finden können.
-
Anders ausgedrückt, die oben unter dem ersten Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend die hydraulische Geberzylindervorrichtung können auch hier unter dem zweiten Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
-
Bevorzugterweise umfasst ein Aktuierungseinrichtung für ein Aerodynamik-Element, wie einen Spoiler, einen Durchlass für Bremsen oder einen Luftdurchlass zur aktiven Luftström u ngsveränderu ng:
- - eine Geberzylindervorrichtung nach dem ersten Aspekt, und
- - zwei hydraulischen Betätigungseinheiten jeweils zum aktiven Verstellen eines Aerodynam ik-Elements.
-
Ferner ist es bevorzugt, dass die Geberzylindervorrichtung mit jeder Betätigungseinheit über eine Fluidstrecke miteinander in Fluidverbindung steht.
-
Vorteilhafterweise sind die Fluidstrecken fluidtechnisch voneinander getrennt, sodass beide Betätigungseinheiten ohne Austausch von Fluid zwischen den Fluidverschiebeeinheiten in der Geberzylindervorrichtung voneinander betätigbar sind.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt ist es von Vorteil, wenn die Kolbenvorrichtung und das Gehäuse der Geberzylindervorrichtung so ausgestaltet sind, dass diese einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelements bzw. zwischen der ersten und zweiten Druckkammer unterbinden, sodass kein Fluid von der einen Fluidstrecke in die andere Fluidstrecke fließen kann.
-
Nochmals anders ausgedrückt ist es bevorzugt, dass das erste Kolbenelement in der ersten Druckkammer ausschließlich auf die erste Fluidstrecke einwirkt und das zweite Kolbenelements in der zweiten Druckkammer, ausschließlich auf die zweite Fluidstrecke einwirkt.
-
Hierbei wird in der vorliegenden Beschreibung unter den Begriff „Fluidstrecke“ ein hydraulischer Abschnitt verstanden, der sich von einer Druckkammer vorzugsweise über eine Fluidleitung hin zu einer Betätigungseinheit zum aktiven Verstellen eines Aerodynamik-Elements erstreckt.
-
Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
-
Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - eine Geberzylindervorrichtung mit einer Kolbenvorrichtung und einem elektrischen Antrieb, wobei der Antrieb die Kolbenvorrichtung linear bewegt und wobei vorzugsweise die Kolbenvorrichtung zwei Kolbenelemente aufweist, mit denen gleichzeitig zwei Betätigungseinheiten verstellbar sind, die an die Geberzylindervorrichtung anschließbar sind.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine räumliche Ansicht auf eine erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung;
- 2 eine Explosionsansicht auf die Geberzylindervorrichtung aus 1;
- 3 eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung entlang der Linie III - III aus 1;
- 4 eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung entlang der Linie IV - IV aus 1;
- 5 eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung entlang der Linie V - V aus 1;
- 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B - B aus 5; und
- 7 eine Schnittansicht entlang der Linie A - A aus 5.
-
In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
-
1 zeigt eine räumliche Ansicht auf eine erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung 1, wobei in 2 eine Explosionsansicht auf die Geberzylindervorrichtung 1 aus 1 dargestellt ist.
-
3 bis 5 zeigen jeweils eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung entlang der Linie III - III aus 1, entlang der Linie IV - IV aus 1 und entlang der Linie V - V aus 1.
-
Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden und der Einfachheit und Kürze halber, wenn nachfolgend die 1 bis 5 gemeinsam beschrieben, wobei bei besonderen konstruktiven Ausgestaltungen auf die jeweilige Figur gesondert hingewiesen wird.
-
So zeigen also die vorgenannten 1 bis 5, eine hydromechanische Geberzylindervorrichtung 1 für aktiv verstellbare Aerodynamik-Elemente eines Fahrzeuges.
-
Diese Geberzylindervorrichtung 1 hat, wie in 1, 2 und 3 sowie in 5 gezeigt, zwei elektrische Antriebe 2, 3 zum Betätigen jeweils einer Fluidverschiebeeinheit 4, 5 und auch zwei Fluidverschiebeeinheiten 4, 5 zum Verschieben eines Fluids in zwei Fluidstrecken bzw. in jeweils einer Fluidstrecke.
-
Hierbei hat jede Fluidverschiebeeinheit 4, 5 eine einzige Kolbenvorrichtung 6, 7 und ist ausgebildet, mit jeder Kolbenvorrichtung 6, 7 gleichzeitig auf zwei fluidtechnisch voneinander getrennte Fluidstrecken einzuwirken, über welche die Geberzylindervorrichtung 1 mit je einer hydraulischen Betätigungseinheit zum aktiven Verstellen eines Aerodynamik-Elements verbindbar ist.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es in der vorliegenden Ausgestaltung einer Geberzylindervorrichtung 1 möglich, mithilfe der Fluidverschiebeeinheit 4, welche die Kolbenvorrichtung 6 aufweist, eine Flüssigkeitssäule zu verschieben.
-
Selbes ist mit der Fluidverschiebeeinheit 5, welche die Kolbenvorrichtung 7 umfasst, möglich.
-
So kann also mithilfe jeder Fluidverschiebeeinheit 4, 5 eine Flüssigkeitssäule über eine erste Fluidstrecke hin zu einer ersten Betätigungseinheit und eine weitere Flüssigkeitssäule über eine zweite Fluidstrecke hin zu einer zweiten Betätigungseinheit verschoben werden. Da jede Fluidverschiebeeinheit 4, 5 nur eine Kolbenvorrichtung 6 bzw. 7 hat, ist also von einer Kolbenvorrichtung eine Flüssigkeitssäule gleichzeitig zu zwei Betätigungseinheiten verschiebbar.
-
Da die zwei Fluidstrecken fluidtechnisch voneinander getrennt ausgebildet sind, gelangt also kein Fluid aus einer Fluidstrecke für die erste Betätigungseinheit zu einer Fluidstrecke für die zweite Betätigungseinheit und umgekehrt.
-
Wie insbesondere den 2 und 3 zu entnehmen, ist jede Fluidverschiebeeinheit 4, 5 mit einem elektrischen Antrieb 2, 3 verbunden, sodass die Kolbenvorrichtungen 6, 7 von dem entsprechenden elektrischen Antrieb 2, 3 linear verfahrbar ist.
-
Auch zeigen die genannten Figuren, dass jede Kolbenvorrichtung 6, 7 ein erstes 8 und ein zweites Kolbenelement 9 für je eine Fluidstrecke aufweist, wobei das erste und zweite Kolbenelement 8, 9 konzentrisch zueinander ausgebildet bzw. angeordnet sind.
-
Hierbei ist das erste Kolbenelement 8 hohlzylinderförmig und das zweite Kolbenelement 9 zylinderförmig ausgebildet.
-
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass im Querschnitt das erste Kolbenelement 8 dieselbe Querschnittsfläche aufweist wie das zweite Kolbenelement 9. Auf diese Weise können beide Kolbenelemente 8, 9 das identische Fluidvolumen bzw. identische Menge an Fluid verschieben.
-
Des Weiteren hat jede Kolbenvorrichtung 6, 7 eine Kolbenbasis 10, über welche das erste und zweite Kolbenelement 8, 9 miteinander verbunden sind. Das bedeutet also, dass bei einer Verschiebung einer Kolbenvorrichtung 6, 7 gleichzeitig das erste und zweite Kolbenelement 8, 9 verschoben wird.
-
Wie insbesondere in den 3 und 4 zu erkennen, hat das zweite Kolbenelement 9 jeder Kolbenvorrichtung 6, 7 eine Aufnahme 11 für ein Vorlastelement 13, das hilft, die Kolbenvorrichtung 6, 7 in eine Richtung vorzuspannen bzw. mit einer Kraft zu beaufschlagen.
-
Hierbei ist die Aufnahme 11 als zylindrische Ausnehmung im zweiten Kolbenelement 9 auf gegenüberliegender Seite zum elektrischen Antrieb 2, 3 ausgebildet.
-
Ferner hat jede Kolbenvorrichtung 6, 7 ein schüsselförmiges Befestigungselement 12, das der Befestigung einer Dichtung 33 am zweiten Kolbenelement 9 dient.
-
Das Befestigungselement 12 ist in der Aufnahme 11 für ein Vorlastelement 13 angeordnet, wobei in dem Befestigungselement 12 ein Vorlastelement 13 zur spielfreien Anbindung der Kolbenvorrichtung 6, 7 an den elektrischen Antrieb 2, 3 und zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit angeordnet ist.
-
Wie unschwer den Figuren zu entnehmen, ist das Vorlastelement 13 als Schraubenfeder ausgebildet.
-
Ferner zeigen insbesondere 3 und 4, dass jedes Kolbenelement 8, 9 eine kreisringförmige Dichtung 33 zum Dichten einer Druckkammer 15, 16 aufweist, wobei an einer Seite des zweiten Kolbenelements 9, die der Kolbenbasis 10 gegenüberliegend angeordnet ist, die Dichtung 33 angeordnet ist.
-
Genauer beschrieben, ist zwischen dem zweiten Kolbenelement 9 und dem Befestigungselement 12 die Dichtung 33 angeordnet.
-
Des Weiteren ist in den 1 bis 5 gezeigt, dass die Geberzylindervorrichtung 1 ein Gehäuse 14 aufweist, in welchem die Fluidverschiebeeinheiten 4, 5 und die elektrischen Antriebe 2, 3 angeordnet sind.
-
Hierbei hat das Gehäuse 14 eine erste Druckkammer 15 für das erste Kolbenelement 8 und eine zweite Druckkammer 16 für das zweite Kolbenelement 9, wobei die erste Druckkammer 15 einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist und die zweite Druckkammer 16 zylinderförmig ausgebildet ist.
-
So sind also die beiden Druckkammern 15, 16 an die Kolbenvorrichtung 6, 7 bzw. an deren erstes und zweites Kolbenelement 8, 9 angepasst.
-
Wie in den 3 und 4 dargestellt, hat das Gehäuse 14 pro Kolbenvorrichtung 6, 7 eine Positionseinrichtung 35 zum Halten der Position des Vorlastelements 13.
-
Hierbei ist die Positionseinrichtung 35 als Absatz ausgebildet, welcher einen Außendurchmesser umfasst, der an den Innendurchmesser des Vorlastelements 13 angepasst ist.
-
Des Weiteren hat das Gehäuse 14 ein Reservoir 17 für Hydraulikfluid, wobei das Reservoir 17 von einem Verschluss 18 mit einer Membran verschlossen ist, mit der der Druckausgleich zur Umgebung sichergestellt wird. Die Membran sorgt aber auch dafür, dass keine Partikel in das Reservoir 17 von außen eindringen können.
-
Wie bestens in den 2, 3 und 4 dargestellt, hat jeder elektrische Antrieb 2, 3 einen elektrischen Motor 19 als Antrieb und einen Abtrieb 20.
-
Der Abtrieb 20 ist beispielsweise ausgebildet, die Kolbenvorrichtung 6 linear zu verschieben, um somit gleichzeitig die Position eines ersten und zweiten Kolbenelements 8, 9 der Kolbenvorrichtung 6 einzustellen (vgl. insbesondere 4).
-
Auch ist der Abtrieb 20 ausgebildet, die Kolbenvorrichtung 6 derart linear zu verschieben, dass eine Rotation der Kolbenvorrichtung 6 unterbunden ist.
-
Dies gelingt dem Abtrieb 20 dadurch, dass dieser einen Gewindetrieb mit einer Spindelmutter 21 und einer Gewindespindel 22 hat, wobei die Gewindespindel 22 einen geringen Steigungswinkel aufweist, um die Position der Kolbenvorrichtung 6 durch Selbsthemmung der Spindelmutter 21 beizubehalten.
-
Dabei ist die Spindelmutter 21 drehfest mit dem Antrieb, insbesondere mit dem Rotor des elektrischen Motors 19, verbunden, um die Gewindespindel 22 linear zu verfahren.
-
So ist also die Gewindespindel 22 einerseits in der Gewindemutter 21 verfahrbar angeordnet und andererseits an der Kolbenvorrichtung 6 befestigt ist.
-
Obige Ausführungen betreffend den Abtrieb 20 in Kombination mit der Kolbenvorrichtung 6 gelten selbstverständlich analog für die Kolbenvorrichtung 7.
-
Wie den 3 und 4 entnommen werden kann, hat die Geberzylindervorrichtung 1 eine Leistungselektronik 23 für jeden elektrischen Antrieb 2, 3 und eine Anbindung 24 für ein Steuergerät zum Steuern der elektrischen Antriebe 2, 3 (vgl. 3).
-
Hierbei ist die Leistungselektronik 23 auf einer Seite des elektrischen Antriebs 2, 3 angeordnet, die der Fluidverschiebeeinheit 4, 5 gegenüberliegt.
-
Auch hat die Geberzylindervorrichtung 1 ein Steuergerät (nicht dargestellt), das die elektrischen Antriebe 2, 3 steuert und Signale von Wegsensoren 25, 26 und Signale von diversen Drucksensoren 27, 28, 29, 30 aufnimmt und verarbeitet.
-
Wie angedeutet hat also die Geberzylindervorrichtung 1 zwei Wegsensoren 25, 26, einen für jede Fluidverschiebeeinheit 4, 5, insbesondere für die entsprechenden Kolbenvorrichtungen 6, 7, um die Position bzw. den Hub jeder Kolbenvorrichtung 6, 7 relativ zu dem Gehäuse 14 zu erfassen.
-
Auch hat die Geberzylindervorrichtung 1 diverse Drucksensoren 27, 28, 29, 30 für jede Druckkammer 15, 16, sodass im Ergebnis für die Wegsensoren und die Drucksensoren Weg- und Drucksignal des entsprechenden Sensors miteinander abgeglichen werden können.
-
Wie insbesondere 1, 2 und 4 zeigen, sind die Drucksensoren 27, 28, 29, 30 auf Seiten des elektrischen Antriebs 2, 3 platziert, sodass deren Anschlüsse an der Leistungselektronik 23 auf einfache Weise gewährleistet ist.
-
Wie bereits erwähnt zeigt 5 eine Schnittansicht auf die erfindungsgemäße Geberzylindervorrichtung entlang der Linie V - V aus 1.
-
In diesem Zusammenhang zeigt 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B - B aus 5 und 7 eine Schnittansicht entlang der Linie A - A aus 5.
-
Insbesondere in den 6 und 7 ist gezeigt, dass die Geberzylindervorrichtung 1 eine Entlüftungseinrichtung aufweist, mit welcher Luftblasen innerhalb des Gehäuses 14 in das Reservoir 17 führbar sind, sodass die Druckkammern 15, 16 mit Fluid nachfüllbar sind.
-
Dabei hat die Entlüftungseinrichtung eine Schnüffelnut 31, die am ersten Kolbenelement 8 angeordnet ist, sodass in maximaler Extension der Kolbenvorrichtung 6, 7 Luft vom Raum zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelement 8, 9 in die Schnüffelnut 31 strömen kann.
-
Ferner ist die Schnüffelnut 31 als Fluidverbindung zwischen dem Äußeren der Kolbenvorrichtung 7 und dem Raum ausgebildet, der zwischen dem ersten und zweiten Kolbenelement 8, 9 angeordnet ist.
-
In 7 ist zu erkennen, dass das Reservoir 17 eine Bohrung 32 aufweist, sodass Luft von der Schnüffelnut 31 Richtung Reservoir 17 förderbar ist.
-
Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die hier vorgestellte Geberzylindervorrichtung 1 auch Teil einer Aktuierungseinrichtung (nicht dargestellt) für ein Aerodynamik-Element, wie einen Spoiler, einen Durchlass für Bremsen oder einen Luftdurchlass zur aktiven Luftströmungsveränderung sein kann.
-
Eine derartige Aktuierungseinrichtung umfasst eine Geberzylindervorrichtung 1, wie in den 1 bis 7 dargestellt und zwei hydraulischen Betätigungseinheiten (nicht dargestellt) jeweils zum aktiven Verstellen eines Aerodynamik-Elements (nicht dargestellt).
-
Dabei steht die Geberzylindervorrichtung 1 mit jeder Betätigungseinheit über eine Fluidstrecke in Fluidverbindung, wobei die Fluidstrecken fluidtechnisch voneinander getrennt sind, sodass beide Betätigungseinheiten ohne Austausch von Fluid zwischen den Fluidverschiebeeinheiten in der Geberzylindervorrichtung voneinander betätigbar sind.
-
Nachfolgend werden die bereits vorgestellten 1 bis 7 nochmals mit anderen Worten geschildert.
-
So wird in 3 der Aufbau des hydromechanischen Geberzylinders bzw. der hydromechanischen Geberzylindervorrichtung 1 gezeigt.
-
Diese Vorrichtung 1 besitzt eine gemeinsam genutzte Leistungselektronik 23 und eine Anbindung Richtung Steuergerät (nicht dargestellt). Die Leistungselektronik 23 steuert zum einen die beiden elektrischen Antriebe 2, 3 (Stator und Rotor), die in 3 gezeigt werden.
-
Außerdem verarbeitet sie die Signale, die von den beiden Wegsensoren 25, 26 und den vier Drucksensoren 27, 28, 29, 30 (vgl. 2, 4 und 5) aufgenommen werden.
-
Mit dem Rotor drehfest verbunden befindet sich eine Mutter, insbesondere eine Spindelmutter 21, die über die Spindellagerung gelagert ist.
-
Die Mutter 21 treibt mit ihrer rotatorischen Bewegung eine Gewindespindel 22 an. Diese Translation wird genutzt um je eine Kolbenvorrichtung 6, 7 mit ihrem Doppelkolben bzw. mit dem ersten Kolbenelement 8 und mit dem zweiten Kolbenelement 9 axial zu verschieben.
-
Der Hub sorgt für das Verschieben einer Flüssigkeitssäule und kann an einem Nehmerzylinder (nicht dargestellt) wieder in eine Rotation gewandelt werden.
-
Der Doppelkolben bzw. das erste und zweite Kolbenelement 8, 9 verschiebt zwei getrennte Flüssigkeitssäulen, da je eine Druckkammer 15, 16 für die Aktuierung eines aktiv verstellbaren Aerodynamik-Elements bzw. einer Betätigungseinheit zuständig ist.
-
Daher reicht es aus, die Position der Kolbenvorrichtung 6, 7 mittels eines Wegsensors zu vermessen, um eine Aussage über den Hub in beiden Druckkammern zu machen.
-
Um die Forderung nach redundanten Signalen zu erfüllen, wird je Druckkammer ein Drucksensor verbaut, um Weg- und Drucksignal miteinander abzugleichen. Je Druckkammer ist eine Dichtung 33 vorgesehen.
-
Optional (wie hier in 3 und 4) kann mit einer Vorlastfeder bzw. einem Vorlastelement 13 dafür gesorgt werden, dass der Kolben bzw. die Kolbenvorrichtung 6, 7 beim Zurückfahren der Spindel 22 mitgenommen wird. Vorteilhaft ist dabei die spielfreie Anbindung, die die Positionsgenauigkeit verbessert. Alternativ könnte man das auch mit einer anderen Verbindungsart realisieren, die eine Kraftübertragung in beide Richtungen garantiert.
-
In 4 ist dargestellt, dass das Reservoir 17 direkt im Hydraulikgehäuse bzw. im Gehäuse 14 integriert ist. Dieses Reservoir 17 dient zum Nachlauf für beide Teilsysteme und alle vier Druckkammern 15, 16.
-
Der Reservoirverschluss 18 enthält eine Membran, mit der der Druckausgleich mit dem Umgebungsdruck sichergestellt wird, die aber auch dafür sorgt, dass keine Partikel in das Reservoir 17 von außen eindringen können.
-
Die Drucksensoren 27, 28, 29, 30 sind so platziert, dass der Anschluss zur Leistungselektronik 23 möglichst einfach ist. Die hydraulische Seite ist mit Hilfe eines Leitungsadapters 34 angebunden.
-
In den 5, 6 und 7 wird die Entlüftung der Geberzylindervorrichtung 1 gezeigt.
-
Der Sekundärdruckraum ist vorzugsweise Richtung Spindel 22/elektrischem Antrieb 2, 3 mit jeweils einem O-Ring abgedichtet. Dieser wird günstigerweise mit Hilfe eines Schweißrings befestigt und vorzugsweise mit Hilfe von Ultraschallschweißen stoffschlüssig mit dem Hydraulikgehäuse 14 bzw. mit dem Gehäuse 14 verbunden.
-
Befinden sich nun Luftblasen in der Geberzylindervorrichtung 1 werden diese beim Überfahren einer sogenannten Schnüffelnut 31 in maximaler Extension in den Raum zwischen den beiden Kolbenelementen 8, 9 geführt. Von dort werden sie über Bohrungen 32 im ersten Kolbenelement 8 Richtung Reservoir 17 gefördert.
-
Um einen Drosseleffekt zu verhindern, wurde außen am ersten Kolbenelement 8 eine Nut am Umfang angebracht. Von dort aus gelangen die Luftblasen ins Reservoir 17 und die Druckkammern 15, 16 werden nachgefüllt. Der äußere Druckraum bzw. die erste Druckkammer 15 wird ebenfalls beim Überfahren einer Schnüffelnut 31 am Außendurchmesser der Druckkammer 15, 16 entlüftet.
-
Da die Gewindespindel 22 einen geringen Steigungswinkel hat, kann die Position der Kolbenvorrichtung 6, 7 durch Selbsthemmung der Spindelmutter 21 gehalten werden.
-
Die 1 und 2 bieten noch einen Überblick über die Geberzylindervorrichtung 1.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hydromechanische Geberzylindervorrichtung
- 2
- elektrischer Antrieb
- 3
- elektrischer Antrieb
- 4
- Fluidverschiebeeinheit
- 5
- Fluidverschiebeeinheit
- 6
- Kolbenvorrichtung
- 7
- Kolbenvorrichtung
- 8
- erstes Kolbenelement
- 9
- zweites Kolbenelement
- 10
- Kolbenbasis
- 11
- Aufnahme
- 12
- Befestigungselement
- 13
- Vorlastelement
- 14
- Gehäuse
- 15
- erste Druckkammer
- 16
- zweite Druckkammer
- 17
- Reservoir
- 18
- Verschluss
- 19
- elektrischen Motor
- 20
- Abtrieb
- 21
- Spindelmutter
- 22
- Gewindespindel
- 23
- Leistungselektronik
- 24
- Anbindung
- 25
- Wegsensor
- 26
- Wegsensor
- 27
- Drucksensor
- 28
- Drucksensor
- 29
- Drucksensor
- 30
- Drucksensor
- 31
- Schnüffelnut
- 32
- Bohrung
- 33
- Dichtung
- 34
- Leitungsadapter
- 35
- Positionseinrichtung
