DE19855343B4

DE19855343B4 - Aktuator

Info

Publication number: DE19855343B4
Application number: DE19855343A
Authority: DE
Inventors: Dieter Elser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: DE19855343A1; GB2344402A; GB9923282D0; US6328323B1; GB2344402B

Abstract

Aktuator (22) mit mindestens zwei, Kupplungsprofile (10, 11) aufweisenden, Kupplungteilen (4, 5), die mit Stabilisatoren (2, 13) verbunden sind, wobei ein Kupplungsteil (5) axial verschiebbar und durch eine Feder (9) vorgespannt ist, während das andere Kupplungsteil (4) fest mit einem Gehäuse (1) verbunden ist und einem, zwischen den Kupplungsteilen (4, 5) liegenden Druckraum (8), dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Drücken im Druckraum (8) ausgekuppelt wird und bei niedrigen Drücken im Druckraum (8) durch die Kraft der Feder (9) eingekuppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
In der EP 344 183 B1 ist ein Aktuator in Form einer formschlüssigen Wellenkupplung beschrieben, bei der ein schnelles Ein- bzw. Auskuppeln zweier Wellenteile dadurch ermöglicht wird, daß mindestens eine der beiden Kupplungshälften mit Mitnehmern ausgestattet ist, die in Aussparungen der anderen Kupplungshälfte oder eines damit verbundenen Teils eingreifen und die relative Lage der Mitnehmer in zwei Schaltstellungen veränderbar ist, so daß verschiedene Drehwinkel zwischen den zu kuppelnden Wellenteilen einstellbar sind. Die Kupplungshälften weisen am Umfang verteilt Mitnehmer in Form von Mitnahmebolzen auf, die Rollen tragen. Diese greifen in als Führungsnuten ausgebildete Aussparungen einer Kupplungsmuffe ein.
Nachteilig wirkt sich an dem Stand der Technik, wie er in der EP 344 183 B1 beschrieben ist, die Tatsache aus, daß man aufgrund des Konstruktionsprinzips mit den am Umfang verteilten Mitnehmern einen großen radialen Einbauraum benötigt, was vor allem die Bodenfreiheit bei Off-Road-Fahrzeugen einschränkt und daß durch die Vielzahl an kleineren Bauteilen eine hohe Schmutzempfindlichkeit gegeben ist, die die Funktion beeinträchtigen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator darzustellen, der aufgrund seiner geringen radialen Erstreckung die Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen nicht einschränkt.
Diese Aufgabe wird durch einen, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Aktuator gelöst.
Durch die, vor allem in radialer Richtung, kompakte Bauweise und die reduzierte Anzahl von störanfälligen und schmutzempfindlichen Bauteilen ist der erfindungsgemäße Aktuator besonders für den Einbau in Fahrzeugen geeignet, die in schwerem Gelände eingesetzt werden.
Durch Integrieren von Mitnahme und vorspannender Feder in einem Gehäuse kann Bauraum und Bauteilvielfalt reduziert werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung prinzipgemäß beschrieben.
Es zeigen:
1 ein konstruktives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators und
2 und 3 Anwendungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Aktuators.
In der 1 ist der konstruktive Aufbau eines erfindungsgemäßen Aktuators dargestellt. Ein Gehäuse 1 ist fest verbunden mit einem Stabilisator 2. Ein fest mit dem Stabilisator 2 und dem Gehäuse 1 verbundener Verschlußdeckel 3 wirkt als erstes Kupplungsteil 4, welches ein Kupplungsprofil 10 aufweist, das auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann. Ein zweites Kupplungsteil 5 ist verschiebbar im Gehäuse 1 gelagert und mit einer Dichtung 6 versehen, welche den durch einen Anschluß 7 eingebrachten Betätigungsdruck in einem Druckraum 8 einschließt. Das Kupplungsteil 5 wird durch eine Feder 9 entgegen dem in dem Druckraum 8 wirkenden Druck belastet, d. h. bei erhöhter Druckkraft findet ein Auskuppelvorgang statt. Bei einer niedrigen Druck-, aber einer hohen Federkraft wird eingekuppelt.
In der 1 ist eine ausgekuppelte Situation dargestellt. Hierbei sind Kupplungsprofile 10 und 11 soweit voneinander getrennt, daß das Kupplungsteil 5, welches über ein Keilwellenprofil 12 axial verschiebbar und radial mit einem Stabilisator 13 fixiert ist, eine Verdrehung zwischen dem Stabilisator 2 und dem Stabilisator 13 zuläßt, ohne daß dabei eine Torsionsspannung auftritt. Der Stabilisator 13 wird im Bereich des Keilwellenprofils 12 und in einem Führungsteil 14 gelagert, abgedichtet und mit Befestigungsmitteln 15, 16 und 17, beispielsweise Sprenginge oder Seegerringe, axial fixiert. Das Führungsteil 14 dient zugleich als Dichtungsträger zur Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 1 und über ein Befestigungsmittel 16 zur Abstützung der Federkraft gegenüber dem Gehäuse 1.
Ein im Gehäuse 1 angebrachter Anschluß 18 dient zur Rückführung der potentiellen Leckage der Dichtung 6 und zur Befüllung eines Niederdruckraumes 19. In einer Funktionsvariante kann dieser Niederdruckraum 19 zur Unterstützung der Federkraft auch mit Staudruck beaufschlagt werden. Die Anschlüsse 7 und 18 sind über Bohrungen 20 bzw. 21 im Gehäuse 1 mit dem Druckraum 8 bzw. dem Niederdruckraum 19 verbunden. Durch eine Reduzierung der Durchmesser der Bohrungen 20 bzw. 21 kann zusätzlich eine hydraulische Dämpfung durch den erfindungsgemäßen Aktuator 22 dargestellt werden. Die Kupplungsteile 4 und 5 überlappen sich immer im ausgekuppelten Zustand axial, sodaß die Stabilisatoren 2 und 13 bei einem Druckabbau automatisch eingekuppelt werden.
2 zeigt einen Anwendungsfall von erfindungsgemäßen Aktuatoren 22 und 23 mit einem zugehörigen Energieversorgungs- und Steuerungssystem.
Am nicht dargestellten Fahrzeugboden eines mehrachsigen Fahrzeuges sind erfindungsgemäße Aktuatoren 22 und 23 in Schwenklagern 24, 25, 26 und 27 gelagert. An den äußeren Enden der baugleichen Stabilisatoren 2 und 13 sind weitere Schwenklager 28, 29, 30 und 31 angebracht, welche die Stabilisatoren 2 und 13 auch axial an Fahrzeugachsen 38 bzw. 39 fixieren.
Der für den Auskuppelvorgang der Aktuatoren 22 und 23 erforderliche Druck wird durch ein in eine Rücklaufleitung 32 eines hydraulischen Lenksystem 33 eingebautes, elektromagnetisch betätigbares Steuerventil 34 erzeugt. Die Betätigung des Steuerventiles 34 erfolgt im niedrigen Geschwindigkeitsbereich für die Fälle, wenn das Fahrzeug in schwierigem Gelände über steife Stabilisatoren große Wankbewegungen ausführen würde. Das Auskuppeln kann automatisch von einer elektronischen Steuerung 36 über ein von einem Tachometer 35 gelieferten Geschwindigkeitssignal geschwindigkeitsabhängig erfolgen oder manuell über einen nicht dargestellten Schalter aktiviert werden. Das Einkuppeln sollte jedoch aus Sicherheitsgründen beim Auftreten von höheren Querbeschleunigungen und in Abhängigkeit von einer Grenzgeschwindigkeit automatisch erfolgen.
Das Steuerventil 34 ist vorteilhaft so geschaltet, daß die Kraftkopplung an den Aktuatoren 22 und 23, d. h. das Einkuppeln der beiden Kupplungsteile 4 und 5, bei Ausfall der Elektrik automatisch erfolgt. Dies ist erforderlich um bei höheren Geschwindigkeiten und Querbeschleunigungen die Wankwinkel zu begrenzen.
Da das Fahren in schwerem Gelände mit niedrigen Geschwindigkeiten und ausgekuppelten Aktuatoren 22 und 23 nur einen sehr geringen zeitlichen Anteil an der Fahrzeugnutzung ausmacht, ist es besonders vorteilhaft zur Energieversorgung die Ölhydraulik des Lenksystems 33 zu benutzen.
Das in 3 dargestellte Anwendungsbeispiel zeichnet sich durch eine alternative Ansteuerung der erfindungsgemäßen Aktuatoren 22 und 23 aus.
Durch ein Steuerventil 37 wird die Hydraulik des Lenksystems 33 bei sehr hohen Aktuatorkräften zur Unterstützung der Feder 9 beim Einkuppelvorgang herangezogen.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stabilisator
3: Verschlußdeckel
4: Kupplungsteil
5: Kupplungsteil
6: Dichtung
7: Anschluß
8: Druckraum
9: Feder
10: Kupplungsprofil
11: Kupplungsprofil
12: Keilwellenprofil
13: Stabilisator
14: Führungsteil
15: Befestigungsmittel
16: Befestigungsmittel
17: Befestigungsmittel
18: Anschluß
19: Niederdruckraum
20: Bohrung
21: Bohrung
22: Aktuator
23: Aktuator
24: Schwenklager
25: Schwenklager
26: Schwenklager
27: Schwenklager
28: Schwenklager
29: Schwenklager
30: Schwenklager
31: Schwenklager
32: Rücklaufleitung
33: Lenksystem
34: Steuerventil
35: Tachometer
36: elektronische Steuerung
37: Steuerventil
38: Fahrzeugachse
39: Fahrzeugachse

Claims

Aktuator (22) mit mindestens zwei, Kupplungsprofile (10, 11) aufweisenden, Kupplungteilen (4, 5), die mit Stabilisatoren (2, 13) verbunden sind, wobei ein Kupplungsteil (5) axial verschiebbar und durch eine Feder (9) vorgespannt ist, während das andere Kupplungsteil (4) fest mit einem Gehäuse (1) verbunden ist und einem, zwischen den Kupplungsteilen (4, 5) liegenden Druckraum (8), dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Drücken im Druckraum (8) ausgekuppelt wird und bei niedrigen Drücken im Druckraum (8) durch die Kraft der Feder (9) eingekuppelt wird.
Aktuator (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile (4, 5) Kupplungsprofile (10, 11) aufweisen, die kurvenförmig, als v-förmige Nuten oder kegelige Verzahnungen ausgebildet sind.
Aktuator (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsprofile (10, 11) radial verlängert immer auf die Mittelachse des Aktuators (22) gerichtet sind.
Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsprofile (10) und (11) im ausgekuppelten Zustand so weit voneinander getrennt sind, daß das Kupplungsteil (5), welches über ein Keilwellenprofil (12) axial verschiebbar und radial mit dem Stabilisator (13) fixiert ist, eine Verdrehung zwischen dem Stabilisator (2) und dem Stabilisator (13) zuläßt, ohne daß dabei eine Torsionsspannung auftritt.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilwellenprofil (12) als axiale Kugelführung ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) eine Luftfeder oder hydraulische Feder ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) so dimensioniert ist, daß im eingekuppelten Zustand, im Zusammenhang mit einem zur Selbsthemmung ausgelegten Kupplungswinkel der Kupplungsprofile (10, 11) der Kupplungsteile (4, 5), ein Auskuppeln unter auftretenden Wankkräften vermieden werden kann.
Verwendung von mindestens einem Aktuator (22) zur Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet, in dem Fahrzeugboden eines Fahrzeuges eingebaut und über Stabilisatoren (2, 13) und Schwenklager (24, 25, 28, 29) mit mindestens einer Fahrzeugachse (38) verbunden ist, der den für das Auskuppeln benötigten Druck durch ein in eine Rücklaufleitung (32) eines hydraulischen Lenksystem (33) eingebautes, elektromagnetisch betätigtes Steuerventil (34) erhält.
Verwendung von mindestens einem Aktuator (22) zur Wankstabilisierung von Kraftfahrzeugen, der nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet, in dem Fahrzeugboden eines Fahrzeuges eingebaut und über Stabilisatoren (2, 13) und Schwenklager (24, 25, 28, 29) mit mindestens einer Fahrzeugachse (38) verbunden ist, der den für das Ein- und Auskuppeln benötigten Druck durch ein in eine Rücklaufleitung (32) eines hydraulischen Lenksystem (33) eingebautes, elektromagnetisch betätigtes Steuerventil (34) erhält.
Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einkuppeln die Betätigung des Steuerventiles (37) automatisch von einer elektronischen Steuerung (36) über ein von einem Tachometer (35) gelieferten Geschwindigkeitssignal geschwindigkeitsabhängig erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einkuppeln ein Steuerventil verwendet wird, welches nach Beendigung des Einkuppelvorganges drucklos geschaltet wird.
Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieversorgung der Aktuatoren (22, 23) die Druckversorgung des Lenksystems (33) benutzt wird.