DE19916366A1 - Aktuator - Google Patents

Abstract

Aktuator (1) mit räumlich voneinander getrenntem Elektromotor (2), Getriebeeinheit (3) und Druckmediumeinheit (4), der die Funktionen Dichten, Verschieben von Medium und Kneeling darstellen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Bei einer aktiven hydropneumatischen Federung in Kraftfahrzeugen erfolgt der Wankausgleich häufig über Ak­ tuatoren, die ein bestimmtes Ölvolumen aus einem Federbein einer Achse der einen Fahrzeugseite in ein Federbein der anderen Fahrzeugseite fördern. Diese Aktuatoren sind häufig als Kolben-Zylindereinheiten oder Verdrängeraggregate aus­ gebildet.

Die DE 195 07 874 A1 bezieht sich auf eine Niveauregulie­ rung für Fahrzeuge, mit hydropneumatischen Federbeinen, bei der für den Wankausgleich Drucksensoren in den Federbeinen gemeinsam einen Aktuator steuern, der Öl aus den Ölvolumina der ausfedernden in die der einfedernden Federbeine trans­ portiert. Der beschriebene Aktuator besteht aus Ölbehälter, Ölpumpe, Druckregler, Speicher und einer Vielzahl von Ven­ tilen und Sensoren.

In einer Funktionsvariante setzt sich der Aktuator für die Neigungsregelung aus einem Kurbeltrieb in Verbindung mit Hydrokolben und Hydrozylinder zusammen.

Durch den relativ komplexen Aufbau des Aktuators, wie er in der DE 195 07 874 A1 beschrieben ist, kann es vor allem bei kleineren Kraftfahrzeugen zu Problemen mit dem zur Verfügung stehenden Einbauraum kommen.

Zusätzlich sind viele kleinere Bauteile notwendig, die ei­ nen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand erfordern und deren Funktion durch Schmutzeinwirkung beeinträchtigt wer­ den kann. Durch die vielen verschiedenen Bauteile ist au­ ßerdem ein hoher Aufwand in Bezug auf Abstimmung und Steue­ rung des Aktuators erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Aktuator darzustellen, der einfach aufgebaut, somit leicht zu fertigen und zu montieren ist und sich durch sei­ ne kompakte Bauweise leicht im Fahrzeug unterbringen läßt. Des weiteren soll sich der erfindungsgemäße Aktuator durch einfache Anpassungsmöglichkeiten bei verschiedenen Anwen­ dungen auszeichnen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Aktuator gelöst.

Durch die Erzeugung eines Drehmomentes über einen Elektromotor, der vorzugsweise als Asynchronmotor ausgebil­ det ist, kann der Aktuator leicht angesteuert werden und relativ einfach und schnell an veränderte Situationen ange­ passt werden, sei es bei Veränderung der Charakteristik des Regelvorgangs oder bei der Anpassung an verschiedenen Fahr­ zeugtypen.

Da die benötigte Energiequelle bereits im Fahrzeug vorhan­ den ist, kann auf zusätzliche Aggregate zur Energieversor­ gung des Aktuators verzichtet werden. Die Erzeugung der Kraft für die Bewegung eines Kolbens erfolgt über eine Ge­ triebeeinheit, die vorzugsweise durch ein in Reihe geschal­ tetes Planeten- und Raumkurvengetriebe gebildet wird. Da­ durch kann mit einem kleinen Motormoment eine hohe Kolben­ kraft realisiert werden. Das Raumkurvengetriebe wird in der Druckmediumeinheit integriert uns ist vorteilhafterweise als Kugelumlaufmechanismus ausgebildet.

Aus Gründen der Gewichtsoptimierung wird vorzugsweise ein Planetengetriebe aus Kunststoff verwendet. Durch die Tren­ nung des hydraulischen vom elektrischen Teil des Aktuators können Elektromotor und Getriebeeinheit in einem trockenen Gehäuse betrieben werden, was die Integration der Getriebe­ einheit erleichtert. Gleichzeitig wird so eine einfache und getrennt erfolgende Montage und Prüfung der beiden Bauteile ermöglicht.

Eine Lagerung der Spindel erfolgt einseitig in einem Lager­ deckel, wodurch eine kurze und kompakte Baugröße des Aktua­ tors erreicht werden kann.

Zur Steuerung des Elektromotors kann ein Drehzahlsensor in dem Gehäuse des Elektromotors integriert werden.

Bei erhöhten Druck- und Sicherheitsanforderungen, z. B. aufgrund der Kraftfahrzeuggröße oder des Einsatzge­ bietes der Kraftfahrzeuge, wird auch ein höheres Mo­ tordrehmoment benötigt. Eine Anpassung des Aktuators an bestehende Aggregate im Kraftfahrzeug wird durch einen mo­ dularen Aufbau mit definierten Schnittstellen zwischen Elektromotor und Druckmediumeinheit des Aktuators erreicht. Eine Antriebswelle des Elektromotors kann seriell oder par­ allel mit mindestens einer Kupplung gekoppelt werden, die es ermöglicht, weitere Elektromotoren in Serie oder paral­ lel zum ersten Elektromotor z. B. über ein Summiergetriebe zu schalten. Dadurch kann das zur Verfügung stehende Drehmoment gesteigert werden, um den erhöhten Druck- und Sicherheitsanforderungen zu genügen.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des Aktuators bei erhöhten Druck- und Sicherheitsanforderungen ist eine teilsymmetrische Ausgestaltung der Druckmediumeinheit mit der Möglichkeit, auf beiden Seiten der Spindel mindestens einen Elektromotor anflanschen zu können. Bei Bedarf kann den Elektromotoren noch eine weitere Getriebeeinheit nach­ geschaltet werden.

Beim Ausfall eines der Elektromotoren ist durch den anderen zumindest noch ein Notbetrieb bei eingeschränkter Funktion des Aktuators möglich.

Besteht die Forderung nach einem kompakten Aktuator, so läßt sich die Baulänge des Aktuators dadurch verkürzen, daß die Antriebswelle des Elektromotors als Hohlwelle ausgebil­ det ist, und ein Teil eines Kolbens, der eine Kugelmutter trägt, in der Hohlwelle verschiebbar gelagert ist. Die Hohlwelle kann dabei direkt ein Sonnenrad einer integrier­ ten Getriebeeinheit auf der der Druckmediumeinheit abge­ wandten Seite tragen.

Der Abtrieb erfolgt in diesem Fall über einen Planetenträ­ ger auf eine Spindel eines Raumkurvengetriebes. Der Elek­ tromotor wird dabei zwischen der Hydraulik- und der Getrie­ beeinheit montiert.

Durch eine besondere Gestaltung eines Gehäuses der Druckmediumeinheit des Aktuators können in Gehäusebohrungen Ventile eingesetzt werden, die für die Funktionalität des Aktuators erforderlich sind. Dabei können die einzelnen Ventile zusätzlich über eingegossene oder nachträglich be­ arbeitete Kanäle miteinander verbunden sein. In einer Funk­ tionsvariante ist es möglich, die Ventile in einem Ventil­ modul zusammenzufassen und dieses Ventilmodul in dem Aktua­ tor zu integrieren.

Der erfindungsgemäße Aktuator kann zusätzlich noch die Kneeling-Funktion, d. h. das einseitige Absenken einer Fahrzeugseite, darstellen.

Bei stillstehendem Fahrzeug wird ein Kolben der Druckmedi­ umeinheit in Bewegung gesetzt, was zu einem Verschieben von Druckmedium aus bzw. zu Zylindern führt. Dadurch kommt es zu unterschiedlichen Betriebsdrücken, die durch ein seitli­ ches Absenken des Fahrzeugs wieder ausgeglichen werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfin­ dung ist aber nicht auf die Merkmalskombinationen der An­ sprüche beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen prinzipgemäß beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 je einen Längsschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Aktuator in verschiedenen Aus­ führungsformen.

In der Fig. 1 ist der konstruktive Aufbau eines erfin­ dungsgemäßen Aktuators 1 dargestellt. Ein Elektromotor 2 ist über eine Getriebeeinheit 3 mit einer Druckmediumein­ heit 4 verbunden. Der Elektromotor 2 treibt über die Ge­ triebeeinheit 3 eine Spindel 5 an, die über einen Raumkur­ vengetriebe 6 mit einer Spindelmutter 7 verbunden ist. Die Spindelmutter ist mit einem Kolben 9 verbunden und wird durch eine Verdrehsicherung 8 am Mitdrehen gehindert. Der Kolben 9 wird in einem Gehäuse 10 längsbeweglich geführt. Die Spindel 5 ist nur einseitig in einem Lager 14 gelagert. Das Gehäuse 10 bildet mit einem Deckel 11, der mit dem Ge­ häuse 10 druckdicht verbunden ist, und dem Kolben 9 zwei voneinander getrennte Druckräume 12, 13. Die Druckräume 12, 13 sind durch eine Dichtung 19 voneinander getrennt. Der Elektromotor 2 treibt über die Getriebeeinheit 3, die Spin­ del 5 und das Raumkurvengetriebe 6 die Spindelmutter 7 an. Je nach Drehrichtung des Elektromotors 2 erfolgt daraufhin eine Verschiebung des sich in den Druckräumen 12, 13 befin­ denden Druckmediums. Durch die einseitige Lagerung der Spindel 9 in einem Deckel 15 kann der Kolben 9 topfförmig ausgeführt werden, was eine kurze Baulänge des Aktuators 1 ermöglicht. Die Druckmediumeinheit 4 ist über Befestigungs­ mittel 17 mit einem Zwischendeckel 16 und einem Gehäuse 18 des Elektromotors 2 verbunden. Am Elektromotor 2 kann ein Drehzahlsensor 21 integriert werden.

In der Fig. 2 ist eine Variante des erfindungsgemäßen Aktuators dargestellt, der zugleich kompakt gebaut ist. Die Antriebswelle 22 des Elektromotors 2 ist als Hohlwelle aus­ gebildet. Der Teil des Kolbens 9, der das Raumkurvengetrie­ be 6 trägt, ist verschiebbar in der Antriebswelle 22 gela­ gert. Die Antriebswelle 22 trägt ein Sonnenrad 23 der Ge­ triebeeinheit 3 auf der der Druckmediumeinheit 4 abgewand­ ten Seite. Der Abtrieb erfolgt über einen Planetenträger 24 auf die Spindel 5 des Raumkurvengetriebes 6.

Bezugszeichen

1

Aktuator

2

Elektromotor

3

Getriebeeinheit

4

Druckmediumeinheit

5

Spindel

6

Raumkurvengetriebe

7

Spindelmutter

8

Verdrehsicherung

9

Kolben

10

Gehäuse

11

Deckel

12

Druckraum

13

Druckraum

14

Lager

15

Deckel

16

Zwischendeckel

17

Befestigungsmittel

18

Gehäuse

19

Dichtung

20

Planetengetriebe

21

Drehzahlsensor

22

Antriebswelle

23

Sonnenrad

24

Planetenträger

Claims (11)

1. Aktuator (1) mit mindestens einem Elektromotor (2), mindestens einer Getriebeeinheit (3) und mindestens einer Druckmediumeinheit (4), dadurch gekennzeich­ net, daß die Getriebeeinheit (3), der Elektromotor (2) und die Druckmediumeinheit (4) räumlich voneinander ge­ trennt sind.

2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Getriebeeinheit (3) und der Elektromotor (2) in einem trockenen Gehäuse (18) lau­ fen.

3. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckmediumeinheit (4) mindestens einen Kolben (9) aufweist, der topfförmig ausge­ bildet ist.

4. Aktuator (1) nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Kolben (9) eine Ver­ drehsicherung integriert ist.

5. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Druckmediumein­ heit (4) einen Raumkurvengetriebe (6) integriert ist, des­ sen Spindel (5) nur einseitig gelagert ist.

6. Aktuator (1) nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Raumkurvengetriebe (6) einen Kugelumlaufmechanismus aufweist.

7. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Getriebeeinheit (3) ein Planetengetriebe (20) aufweist.

8. Aktuator (1) nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Planetengetriebe (20) aus Kunststoff ist.

9. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektromotor (2) ein Asynchronmotor ist.

10. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Druckmediumein­ heit (4) Ventile integriert sind, die für die Funktionali­ tät des Aktuators erforderlich sind.

11. Verwendung eines Aktuators (1) nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Aktuator (1) in einem hydropneumatischen Federungssystem für Kraftfahrzeuge verwendet wird.