DE102021125611A1

DE102021125611A1 - Elektromechanischer Betätigungsaktor und Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Betätigungsaktors

Info

Publication number: DE102021125611A1
Application number: DE102021125611.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Greb; Laszlo Man
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-04-06
Also published as: CN115929862A

Abstract

Um die Kosten zum Herstellen und/oder Betreiben eines elektromotorischen Betätigungsaktors (11) zu reduzieren, ist ein Spindelaktor (30) mit einer Aus- und Einspureinrichtung (17) kombiniert, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) an einem Ende des Betätigungsweges (33) ausspurt, wobei die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) nach einer Drehrichtungsumkehr der Spindelmutter (31) /Spindelstange (32) wieder einspurt, wobei durch die Aus- und Einspureinrichtung (17) sichergestellt ist, dass die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Elektromotor (12) und der Pumpe (9) auch dann aufrechterhalten wird, wenn die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) ein Ende des Betätigungsweges (33) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Betätigungsaktor mit einem Elektromotor, der antriebsmäßig mit einer Pumpe verbunden ist, die zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung mit einem geeigneten Medium dient, und mit einem Betätigungselement, das mit Hilfe des elektromechanischen Betätigungsaktors translatorisch entlang eines Betätigungsweges verlagerbar ist, wobei der elektromechanische Betätigungsaktor als Spindelaktor mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter/Spindelstange ausgeführt ist, die so mit einer Spindelstange/Spindelmutter zusammenwirkt, dass die Spindelstange/Spindelmutter bei einer Drehbewegung der Spindelmutter/Spindelstange eine lineare Bewegung entlang des Betätigungsweges ausführt. Die Erfindung betrifft des Weitern ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen elektromechanischen Betätigungsaktors in einem Hydrauliksystem.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 112 213 A1 ist ein Getriebeaktor mit zumindest einem Elektromotor bekannt, der eine Pumpe antreibt, wobei der Elektromotor mittels eines einen Drehantrieb eines Rotors des Elektromotors in eine Linearbewegung wandelnden Getriebes eine Linearverlagerung einer Schaltwelle bewirkt, wobei eine Antriebswelle der Pumpe in das Getriebe eingeschaltet und von diesem bei beziehungsweise vorzugsweise von einem weiteren Elektromotor in eine Mittellage entlang der Schaltgassen geschalteter Schaltwelle drehangetrieben ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 114 902 A1 ist ein Spindelaktor mit einem Spindeltrieb bekannt, der eine elektromotorisch in Drehbewegung versetzbare Spindelmutter umfasst, die so mit einer Spindelstange zusammenwirkt, dass die Spindelstange bei einer Drehbewegung der Spindelmutter eine lineare Bewegung ausführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kosten zum Herstellen und/oder Betreiben eines elektromechanischen Betätigungsaktors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu reduzieren.
Die Aufgabe ist bei einem elektromechanischen Betätigungsaktor mit einem Elektromotor, der antriebsmäßig mit einer Pumpe verbunden ist, die zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung mit einem geeigneten Medium dient, und mit einem Betätigungselement, das mit Hilfe des elektromechanischen Betätigungsaktors translatorisch entlang eines Betätigungsweges verlagerbar ist, wobei der elektromechanische Betätigungsaktor als Spindelaktor mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter/Spindelstange ausgeführt ist, die so mit einer Spindelstange/Spindelmutter zusammenwirkt, dass die Spindelstange/Spindelmutter bei einer Drehbewegung der Spindelmutter/Spindelstange eine lineare Bewegung entlang des Betätigungsweges ausführt, dadurch gelöst, dass der Spindelaktor mit einer Aus- und Einspureinrichtung kombiniert ist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass die Spindelstange/Spindelmutter an einem Ende des Betätigungsweges ausspurt, wobei die Spindelstange/Spindelmutter nach einer Drehrichtungsumkehr der Spindelmutter /Spindelstange wieder einspurt, wobei durch die Aus- und Einspureinrichtung sichergestellt ist, dass die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Pumpe auch dann aufrechterhalten wird, wenn die Spindelstange/Spindelmutter ein Ende des Betätigungsweges erreicht. Nach dem Ausspuren führt ein weiteres Verdrehen der Spindelmutter/Spindelstange nicht mehr zu einer linearen Bewegung der Spindelstange/Spindelmutter. Beim weiteren Verdrehen der Spindelmutter/Spindelstange wird der elektromotorische Antrieb nur noch zum Antrieb der Pumpe verwendet. Die Aus- und Einspureinrichtung kann nur an einem Ende des Betätigungsweges wirksam sein. Besonders vorteilhaft ist die Aus- und Einspureinrichtung aber an beiden entgegengesetzten Enden des Betätigungsweges wirksam. So kann ausgehend von einer Endlage bei Drehung eines Rotors des Elektromotors zunächst durch die Spindelstange beziehungsweise die Spindelmutter das Betätigungselement axial verlagert werden. Sobald das Ende des Betätigungsweges, das auch als Endlage bezeichnet wird, erreicht ist, spuren die Spindelmutter und die Spindelstange aus. Bei weiterer Drehung des Rotors wird dann lediglich die Pumpe angetrieben. Bei einer Drehrichtungsumkehr findet der Prozess in umgekehrter Richtung statt, so dass auch in beiden Endlagen eine Pumpenfunktion dargestellt werden kann. Auch während der Betätigung läuft die Pumpe. Da die Betätigung mit dem Spindelaktor jedoch nur wenige Umdrehungen erfordert, ist hierdurch keine unerwünschte oder schädliche Kühlung und/oder Schmierung zu befürchten. Die Pumpe kann als einfache Pumpe ausgeführt sein, die nur in einer Richtung fördert. Das ist zum Beispiel beim Betätigen einer Parksperre ausreichend, die nur in einem offenen Zustand gekühlt oder geschmiert werden muss. Die Pumpe kann aber vorteilhaft auch als Reversierpumpe ausgeführt sein, die in zwei entgegengesetzten Förderrichtungen Hydraulikmedium fördert. Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um ein Hydraulikmedium, das auch als Hydrauliköl bezeichnet wird. Bei dem Medium kann es sich aber auch um Wasser handeln. Analog kann es sich bei der Pumpe um eine Wasserpumpe handeln.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe antriebsmäßig mit einem Rotor des Spindelaktors verbunden ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe direkt an den Spindelaktor angeflanscht. Eine antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Rotor und einer Antriebswelle der Pumpe umfasst zum Beispiel eine Wellenkupplung. Durch die mit dem Spindelaktor kombinierte Pumpe wird eine multifunktionelle Einheit geschaffen, die sowohl zur hydraulischen Betätigung als auch zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor über eine Wellenkupplung antriebsmäßig mit dem Rotor verbunden ist. So wird auf einfache Art und Weise ein modulartiger Aufbau ermöglicht. Dadurch wiederum wird die Verwendung einer herkömmlichen Pumpe und gegebenenfalls besonders vorteilhaft die Verwendung einer herkömmlichen Pumpe mit einem herkömmlichen Spindelaktor ermöglicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor und der Pumpe ein Getriebe angeordnet ist, das sicherstellt, dass die Pumpe auch bei einer Antriebsdrehrichtungsumkehr des Rotors in der gleichen Drehrichtung angetrieben wird. Bei dem Getriebe handelt es sich um eine Art mechanischer Gleichrichter. Das Getriebe kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Pumpe nur eine Förderrichtung aufweist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe als Reversierpumpe ausgeführt ist, die zwei Förderanschlüsse umfasst, durch die ein Hydraulikmedium aus einem Tank über eine Ventilanordnung, die nur passive Ventile umfasst, in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, um die Kühlung und/oder Schmierung mit Hydraulikmedium zu versorgen. Die passiven Ventile sind vorteilhaft als Rückschlagventile ausgeführt. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass auf ein aktives Ventil verzichtet werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- und Einspureinrichtung mit einem Überwegmechanismus kombiniert ist, der mindestens eine Überwegfeder umfasst, die nach einem Ausspuren am Ende des Betätigungsweges nach einer Drehrichtungsumkehr der Spindelmutter/Spindelstange wieder ein korrektes Einspuren sicherstellt. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein ordnungsgemäßer Betrieb der Multifunktionseinheit sichergestellt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmechanismus in den Spindelaktor integriert ist. So kann der Überwegmechanismus vorteilhaft zusammen mit der Aus- und Einspureinrichtung in einem Gehäuse des Spindelaktors geschützt untergebracht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Betätigungsaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmechanismus in das Betätigungselement integriert ist. Dadurch wird zum Beispiel die Verwendung eines herkömmlichen Spindelaktors vereinfacht.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Aus- und Einspureinrichtung und/oder einen Überwegmechanismus für einen vorab beschriebenen elektromechanischen Betätigungsaktor. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen elektromechanischen Betätigungsaktors in einem Hydrauliksystem ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der Spindelaktor sowohl zum Verlagern des Betätigungselements als auch zur Versorgung der Kühlung und/oder Schmierung mit einem geeigneten Medium verwendet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines elektromechanischen Betätigungsaktors mit einem Spindelaktor und mit einer Pumpe zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung mit einem geeigneten Medium gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine detaillierte Darstellung des elektromechanischen Betätigungsaktors mit der Pumpe aus 1;
4 eine perspektivische Darstellung des elektromechanischen Betätigungsaktors mit der Pumpe aus 3; und
5 die gleiche Darstellung wie in 4 mit geöffneter Pumpe.

In den 1 bis 5 ist ein elektromechanischer Betätigungsaktor 11; 21 mit einem Elektromotor 12; 22 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Elektromotor 12; 22 umfasst einen Stator 13; 23, in welchem ein Rotor 14; 24 mit Hilfe einer Lagereinrichtung 15; 25 drehbar angeordnet ist.
Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden in den 1 bis 5 die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Der elektromechanische Betätigungsaktor 11; 21 ist als Spindelaktor 30 mit einer Spindelmutter 31 und mit einer Spindelstange 32 ausgeführt. Die Spindelmutter 31 ist drehfest mit dem Rotor 14; 24 des Elektromotors 12; 22 verbunden.
Die Spindelstange 32 ist, wie man in 3 sieht, mit einer Verdrehsicherung 35 ausgestattet. So wird erreicht, dass sich die Spindelstange 32 in axialer Richtung entlang eines Betätigungsweges 33 verlagert, wenn die Spindelmutter 31 relativ zu der Spindelstange 32 verdreht wird. Der Aufbau und die Funktion derartiger Spindelaktoren 30 sind an sich bekannt.
Der Rotor 14; 24 des Elektromotors 12; 22 ist antriebsmäßig mit einer Pumpe 9 verbunden, die zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung 4 mit einem geeigneten Medium dient. Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um ein Hydraulikmedium, wie Öl oder Wasser, das mit Hilfe der Pumpe 9 über eine Filtereinrichtung 7, die als Saugfilter ausgeführt sein kann, aus einem Tank 6 angesaugt wird. Die Kühlung und/oder Schmierung 4 dient zum Kühlen und/oder Schmieren eines beispielhaft angedeuteten Getriebes 5.
Die Pumpe 9 ist als Reversierpumpe ausgeführt, die in einem Hydrauliksystem 20 in zwei entgegengesetzten Förderrichtungen über eine Ventilanordnung 8 Hydraulikmedium aus dem Tank 6 fördert. Die Ventilanordnung 8 umfasst insgesamt vier passive Ventile, die als Rückschlagventile ausgeführt sind. Zwei der Ventile sperren in Richtung des Tanks 6. Die beiden anderen Ventile öffnen in Richtung der Kühlung und/oder Schmierung 4.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Betätigungselement 10 zum Öffnen und/oder Schließen einer Parksperre 1. Die Parksperre 1 umfasst ein Parksperrenrad 2, das mit Hilfe einer Parksperrenklinke 3 gegen ein Verdrehen gesperrt werden kann. In dem dargestellten Zustand ist die Parksperre 1 geöffnet.
In 1 ist dem Betätigungselement 10 eine Aus- und Einspureinrichtung 17 zugeordnet. Die Aus- und Einspureinrichtung 17 ist mit einem Überwegmechanismus 18 kombiniert. Der Überwegmechanismus 18 ist in den Spindelaktor 30 integriert und umfasst insgesamt vier Überwegfedern 19.
In 3 sieht man, dass der Rotor 14 des Elektromotors 12 über eine Wellenkupplung 40 mit einer Antriebswelle 41 der Pumpe 9 drehfest verbunden ist. Ein optionales Getriebe 42 kann zwischen den Rotor 14 und die Antriebswelle 41 geschaltet werden, wenn die Pumpe 9, anders als in den dargestellten Ausführungsbeispielen gezeigt, nur als einfache Pumpe mit nur einer Förderrichtung ausgeführt ist.
In den 4 und 5 sieht man, dass die mit dem elektromechanischen Betätigungsaktor 11 kombinierte Pumpe 9 ein Gehäuse 44 mit zwei Gehäusekörpern 45 und 46 umfasst. Der Gehäusekörper 45 ist dem elektromechanischen Betätigungsaktor 11 zugeordnet. Der Gehäusekörper 46 ist der Pumpe 9 zugeordnet.
In 5 ist die Pumpe offen, das heißt ohne den Gehäusekörper 46 gezeigt. Hier sieht man, dass die Pumpe 9 als Zahnradpumpe mit einem Innenzahnrad 48 und einem Außenzahnrad 49 ausgeführt ist.
In 2 ist dem Betätigungselement 10 eine Aus- und Einspureinrichtung 27 zugeordnet, die mit einem Überwegmechanismus 28 kombiniert ist. Der Überwegmechanismus 28 umfasst zwei Überwegfedern 29. Das Betätigungselement 10 dient zum Beispiel zum Betätigen einer (nicht dargestellten) Klauenkupplung.
Bezugszeichenliste

1: Parksperre
2: Parksperrenrad
3: Parksperrenklinke
4: Kühlung und/oder Schmierung
5: Getriebe
6: Tank
7: Filtereinrichtung
8: Ventilanordnung
9: Pumpe
10: Betätigungselement
11: elektromechanischer Betätigungsaktor
12: Elektromotor
13: Stator
14: Rotor
15: Lagereinrichtung
17: Aus- und Einspureinrichtung
18: Überwegmechanismus
19: Überwegfeder
20: Hydrauliksystem
21: elektromechanischer Betätigungsaktor
22: Elektromotor
23: Stator
24: Rotor
25: Lagereinrichtung
27: Aus- und Einspureinrichtung
28: Überwegmechanismus
29: Überwegfeder
30: Spindelaktor
31: Spindelmutter
32: Spindelstange
33: Betätigungsweg
35: Verdrehsicherung
40: Wellenkupplung
41: Antriebswelle
42: Getriebe
44: Gehäuse
45: Gehäusekörper
45: Gehäusekörper
48: Innenzahnrad
49: Außenzahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018112213 A1 [0002]
DE 102018114902 A1 [0002]

Claims

Elektromechanischer Betätigungsaktor (11,21) mit einem Elektromotor (12;22), der antriebsmäßig mit einer Pumpe (9) verbunden ist, die zur Versorgung einer Kühlung und/oder Schmierung (4) mit einem geeigneten Medium dient, und mit einem Betätigungselement (10), das mit Hilfe des elektromechanischen Betätigungsaktors (11:21) translatorisch entlang eines Betätigungsweges (33) verlagerbar ist, wobei der elektromechanische Betätigungsaktor (11;21) als Spindelaktor (30) mit einer elektromotorisch in Drehbewegung versetzbaren Spindelmutter (31)/Spindelstange (32) ausgeführt ist, die so mit einer Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) zusammenwirkt, dass die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) bei einer Drehbewegung der Spindelmutter (31)/Spindelstange (32) eine lineare Bewegung entlang des Betätigungsweges (33) ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelaktor (30) mit einer Aus- und Einspureinrichtung (17;27) kombiniert ist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) an einem Ende des Betätigungsweges (33) ausspurt, wobei die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) nach einer Drehrichtungsumkehr der Spindelmutter (31) /Spindelstange (32) wieder einspurt, wobei durch die Aus- und Einspureinrichtung (17;27) sichergestellt ist, dass die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem Elektromotor (12;22) und der Pumpe (9) auch dann aufrechterhalten wird, wenn die Spindelstange (32)/Spindelmutter (31) ein Ende des Betätigungsweges (33) erreicht.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) antriebsmäßig mit einem Rotor (14;24) des Spindelaktors (30) verbunden ist.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14;24) über eine Wellenkupplung (40) antriebsmäßig mit dem Rotor (14;24) verbunden ist.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (14;24) und der Pumpe (9) ein Getriebe (42) angeordnet ist, das sicherstellt, dass die Pumpe (9) auch bei einer Antriebsdrehrichtungsumkehr des Rotors (14;24) in der gleichen Drehrichtung angetrieben wird.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) als Reversierpumpe ausgeführt ist, die zwei Förderanschlüsse umfasst, durch die ein Hydraulikmedium (20) aus einem Tank (6) über eine Ventilanordnung (8), die nur passive Ventile umfasst, in entgegengesetzten Förderrichtungen gefördert werden kann, um die Kühlung und/oder Schmierung (4) mit Hydraulikmedium (20) zu versorgen.
Elektromechanischer Betätigungsaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- und Einspureinrichtung (17;27) mit einem Überwegmechanismus (18;28) kombiniert ist, der mindestens eine Überwegfeder (19;29) umfasst, die nach einem Ausspuren am Ende des Betätigungsweges (33) nach einer Drehrichtungsumkehr der Spindelmutter (31)/Spindelstange (32) wieder ein korrektes Einspuren sicherstellt.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmechanismus (18) in den Spindelaktor (30) integriert ist.
Elektromechanischer Betätigungsaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwegmechanismus (18) in das Betätigungselement (10) integriert ist.
Aus- und Einspureinrichtung (17;27) und/oder Überwegmechanismus (18;28) für einen elektromechanischen Betätigungsaktor (11;21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Betätigungsaktors (11 ;21) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Hydrauliksystem (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelaktor (30) sowohl zum Verlagern des Betätigungselements (10) als auch zur Versorgung der Kühlung und/oder Schmierung (4) mit einem geeigneten Medium verwendet wird.