Kraftfahrzeugbaugruppe mit einem solchen hydrostatischen Aktor

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Aktor für eine Kraftfahrzeugbaugruppe, mit einem Gehäuse, das zusammen mit einem axial verschieblichen Kolben zur

Druckbeaufschlagung eines Hydraulikfluids einen Druckraum ausbildet, der über eine Betätigungsleitung mit einem Aktivierungsorgan, wie einer Kupplung, einer Bremse oder einem Fensterheber, in Verbindung steht. Der Druckraum ist weiterhin über zumindest eine Schnüffelöffnung, die wahlweise, etwa von einer Dichtung, geöffnet oder geschlossen ist, dazu vorbereitet, mit einem Ausgleichsvolumen zum

Volumenausgleich und zur Entlüftung zu kommunizieren.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftfahrzeugbaugruppe, in der ein

erfindungsgemäßer Aktor verbaut ist.

Gattungsgemäße Aktoren und Kraftfahrzeugbaugruppen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart die internationale Patentanmeldung WO 2015/1 17612 A1 einen hydrostatischen Aktor mit einem axial verlagerbaren Kolben. Die

Axialbewegung des Kolbens wird von einer Spindelstange hervorgerufen, die über ein Planetengetriebe von einem Elektromotor angetrieben ist. Hierbei ist die

Spindelstange im Inneren des Elektromotors angeordnet, was sich positiv auf den Bauraumbedarf des Aktors auswirkt. In gattungsgemäßen Aktoren sind sogenannte Schnüffelvorgänge, also Fluidaustauschvorgänge nötig, um unerwünschte Effekte auszugleichen, die die Steuerbarkeit des Aktors beeinträchtigen. Als Beispiele für unerwünschte Effekte seien die Bildung von Gasbläschen im Hydraulikfluid, eine thermische Ausdehnung des Hydraulikfluids aufgeführt. Als Ausgleichsvolumen wird in dem vorstehend genannten Dokument der Raum verwendet, in dem der Elektromotor und das Planetengetriebe angeordnet sind. Ein weiteres relevantes Dokument stellt die internationale Patentanmeldung WO 2015/149777 A1 dar. Diese offenbart einen Betätigungsaktuator mit einem

Gehäuseinnenraum, in welchem ein Antriebsmotor und eine Kolben-Zylinder-Einheit und ein Druckmittelreservoir angeordnet sind. Das Druckmittelreservoir ist hierbei, um den Gehäuseinnenraum möglichst platzsparend anzuordnen, derart gestaltet, dass ein Schnüffelvorgang zur Flutung des Antriebsmotors führt.

Auch die deutsche Patentanmeldung DE 10 2013 204 561 A1 ist auf dem

erfindungsgemäßen technischen Gebiet anzusiedeln. Diese ist auf eine

Dichtungsanordnung gerichtet, die einen Kolben, der in einem Betätigungszylinder einer Hydraulikbetätigungsanordnung axial verschieblich angeordnet ist, gegenüber einer Zylinderwand abdichtet. Eine Bewegungsdichtlippe ist hierbei mit solchen Axialnuten versehen, dass ein Kanal geschaffen ist, welcher die Axialnuten der Dichtlippe fluidisch miteinander verbindet, um eine Fluidkommunikation zwischen verschieden Bereichen um die Dichtung herum zu ermöglichen.

Weiterhin offenbart die deutsche Patentanmeldung DE 195 23 215 A1 einen

Geberzylinder, in dem ein von einer Kolbenstange axial verschieblicher Kolben angeordnet ist, um eine Druckbeaufschlagung einer Hydraulikstrecke hervorzurufen. Für die Durchführung eines Schnüffelvorgangs ist in dem Zylinder ein Anschluss vorgesehen, über den eine Kommunikation mit einem Hydraulikraum ermöglicht ist. Damit jene Kommunikation stattfindet, wird der Kolben in eine solche Position verschoben, dass Einschnürungen im Kolben einen Schnüffelpfad freigeben.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass unter der Zielsetzung der

Bauraumoptimierung eine Sekundärdichtung zwischen dem Druckraum und dem Ausgleichsvolumen wegfällt. Dies zieht den vorstehend beschriebenen Effekt nach sich, dass das Hydraulikfluid im Falle eines Schnüffelvorgangs den Motor- und Getrieberaum flutet. Insbesondere dann, wenn das Hydraulikfluid bspw. als eine Bremsflüssigkeit ausgebildet ist, welches geringe Schmiereigenschaften und/oder erhöhte korrosive Eigenschaften aufweist, sind die Mechanikkomponenten im Motor- und Getrieberaum einem schädlichen Einfluss ausgesetzt. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit der Aktors und der gesamten Kraftfahrzeugbaugruppe aus. Auch sonst negativ auftretender Verschleiß oder Abrieb aus dem Getriebe, bspw. bei verlagerten Eisenspänen, wird nun vermieden.

Die Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, die wiederum Sekundärdichtungen unter anderem zum Abdichten des Ausgleichsvolumens aufweisen, bedürfen eines solch hohen Bauraums, dass sie sich nicht für neuartige, modulare Aktoren in kompakten Antriebseinheiten eignen.

Somit liegt der Erfindung die Zielsetzung zu Grunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und insbesondere eine solche Vorrichtung zu offenbaren, die bei geringem Bauraumbedarf ein Ausgleichsvolumen ausbildet, das bei einem

Schnüffelvorgang den Motor- und Getrieberaum unbeflutet belässt. Unter dem Motor- und Getrieberaum ist hierbei der Raum zu verstehen, in dem der Elektromotor und das Planetengetriebe angeordnet sind, die eine Axialbewegung des Kolbens hervorrufen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kolben mit einem axial verlagerbaren Druckzylinder gekoppelt ist, dessen Axialbewegung ein selektives Öffnen oder Schließen der Schnüffelöffnung bewirkt. Der Druckzylinder, der auch als Druckkammer zu bezeichnen ist, bewirkt also einen axialen Versatz des

Schnüffelpfades weg von dem Motor- und Getrieberaum. Somit ist, unter Beibehaltung des optimierten Bauraums, eine Flutung und somit eine Schädigung der

Mechanikkomponenten vermieden.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert. So ist es vorteilhaft, wenn der Druckzylinder einen einer Kolbenantriebseinheit zugewandten, proximalen Endabschnitt und einen demgegenüber liegenden distalen Endabschnitt aufweist und dass die zumindest eine Schnüffelöffnung im Bereich des distalen Endabschnitts angeordnet ist. Die Kolbenantriebseinheit ist etwa als der vorstehend erwähnte Elektromotor ausgebildet. Durch die distale Anordnung der Schnüffelöffnung wird der axiale Versatz effizient realisiert.

Insbesondere dann, wenn die zumindest eine Schnüffelöffnung von dem

Druckzylinder ausgebildet ist und die Form einer in Axialrichtung zeigenden Zinne annimmt, folgen weitere Vorteile. Unter einer Zinnenform wird hierbei ein Einschnitt in die Druckzylinderwand verstanden, der eine Breite in Umfangsrichtung aufweist und sich dann in der Axialrichtung des Druckzylinders zuspitzend erstreckt. Somit wird eine Kommunikation zwischen dem Ausgleichsvolumen und dem Druckraum

platzsparend und geometrisch klar definiert ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Kolben und dem Druckzylinder eine mit dem Kolben bewegliche Primärdichtung angeordnet, und eine weitere Dichtung, die das selektive Öffnen und Verschließen der Schnüffelöffnung vornimmt, ist als eine beispielsweise lokal feststehende Sekundärdichtung

ausgestaltet. Durch die Anordnung einer zusätzlichen Dichtung, nämlich der

Sekundärdichtung, wird somit erfindungsgemäß sichergestellt, dass das

Ausgleichsvolumen in den Betriebsstadien, in denen kein Schnüffelvorgang stattfindet, effektiv gegenüber dem Druckraum abgedichtet ist. Natürlich ist es auch möglich eine Relativumkehr dergestalt zu realisieren, dass die Dichtung mit dem Kolben

mitbeweglich gelagert ist.

Sobald zwischen dem Druckzylinder und einem statischen und/oder gehäusefesten Bauteil eine Feder, vorzugsweise eine als Schraubenfeder ausgestaltete Druckfeder, angeordnet ist, die den Druckzylinder in die Richtung vorspannt, in der die

Schnüffelöffnung verschlossen ist, ist gewährleistet, dass der Druckzylinder unabhängig vom Hydraul ikfluid eine vorbestimmte Position einnimmt. In dieser Position ist die Schnüffelöffnung vorzugsweise von der Sekundärdichtung

verschlossen, weshalb in einem unbetätigten Ausgangsstadium keine Kommunikation zwischen dem Ausgleichsvolumen und dem Druckraum stattfindet. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und vermeidet eine unerwünschte Leckage.

Es ist zudem vorteilhaft, wenn das Ausgleichsvolumen von einem Volumen, in dem Komponenten für den Antrieb des Kolbens angeordnet sind, separat und unabhängig, vorzugsweise als abnehmbare Komponente, ausgestaltet ist, um einen

Volumenausgleich und/oder eine Entlüftung ohne eine Flutung des Motorraums zu realisieren. Weiterhin ermöglicht diese Ausgestaltung die geometrische,

bauraumoptimierte Gestaltung der jeweiligen Volumina auf ihre Anwendungsgebiete angepasst. Zusätzlich ist dem erfindungsgemäßen Ziel der Schonung der

Antriebskomponenten bei zeitgleich geringem Bauraumbedarf Folge geleistet.

Insbesondere dann, wenn das Gehäuse einen vom restlichen Gehäuse

hervorragenden Druckabgang ausbildet, durch den eine Kommunikation des

Druckraums mit dem Aktivierungsorgan ermöglicht ist, und wenn das Gehäuse einen vom restlichen Gehäuse hervorragenden Ausgleichsabgang ausbildet, durch den eine Kommunikation des Druckraums mit dem Ausgleichsvolumen zum Druckausgleich ermöglicht ist, entfalten sich zusätzliche Vorteile. So bilden die jeweiligen Abgänge einen Fluidkanal aus, der ein solches Verhältnis zwischen Durchmesser und Länge aufweist, dass das Hydraulikfluid reibungsarm verschiebbar ist. Durch die

hervorstehende / hervorragende Ausgestaltung der jeweiligen Abgänge ist zudem eine bauraumoptimierte Gestaltung realisiert, da im Inneren des Gehäuses kein zusätzlicher Bauraum beansprucht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Druckabgang und der Ausgleichsabgang jeweils sockelartig ausgebildet und weisen in entgegengesetzte Richtungen. Somit ist eine Anordnung des Ausgleichsvolumens in einem anderen Bereich der Fahrzeugbaugruppe als das Aktivierungsorgan erleichtert, was wiederum Bauraumvorteile bewirkt. Weiterhin ist mittels der separaten Abgänge, die auch als Anschlüsse ausgestaltet sein können, eine einfache Montage des Aktors

gewährleistet.

Sobald zwischen dem Gehäuse und dem Druckzylinder eine zusätzliche Dichtung, etwa in Form eines O-Rings, angeordnet ist, werden Leckageeffekte zwischen dem Ausgleichsvolumen und dem Tocken-/Motorraum vermieden. Dies erhöht den Schutz vor einem schädlichen Eintrag in den Motor- und Getrieberaum.

Die Erfindung ist ebenfalls auf eine Kraftfahrzeugbaugruppe mit einem

erfindungsgemäßen hydrostatischen Aktor. Hierbei ist die Kraftfahrzeugbaugruppe derart ausgestaltet, dass der Aktor relativ zu einer Horizontalebene der

Kraftfahrzeugbaugruppe derart verkippt angeordnet ist, dass der Ausgleichsabgang am höchsten Punkt des Druckraums angeordnet ist. Dies stellt sicher, dass sich Bläschen, die sich im Hydraulikfluid nach einer gewissen Betriebszeit bilden können oder bei einer Neubefüllung, effizient über den Schnüffelvorgang abgeführt werden, da sie sich bereits direkt an der Schnüffelöffnung befinden. Der Grund hierfür ist, dass die Gas-Bläschen eine geringere Dichte aufweisen als das Hydraulikfluid und sich somit im Bereich des höchsten Punkts des Aktors ansiedeln. Dadurch, dass in einer vorteilhaften Ausführungsform der Ausgleichsabgang, der nahe der Schnüffelöffnung ausgebildet ist, am höchsten Punkt ist, finden im Falle eines Schnüffelvorgangs ein zeiteffizienter Austausch der Gas-Bläschen statt. Dies senkt die benötigte

Schnüffeldauer und vermeidet auch eingeschlossene Gasbläschen.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn der Druckzylinder des Aktors am distalen Ende in seiner Materialdicke abnehmend ausgestaltet ist. Somit ist eine sanfte Kopplung zwischen dem Druckzylinder und der Sekundärdichtung sichergestellt, was deren Lebensdauer erhöht. Ferner wird eine Wellung oder ein Faltenwurf im kalten Zustand, mit nachfolgender Leckage, ausgeschlossen. In anderen Worten kann gesagt werden, dass der Druckzylinder erfindungsgemäß axial verschieblich in seinem Gehäuse angeordnet ist. Der vordere / distale Bereich des Druckzylinders weist hierbei vorzugsweise zumindest eine zinnenartige

Schnüffelöffnung auf. Eine zur Primär- und zur Sekundärdichtung zusätzliche

Dichtung, etwa ein O-Ring, dichtet den distalen Bereich gegen den hinteren / proximalen Bereich außerhalb des Druckzylinders ab. Der Druckzylinder ist darüber hinaus mit einer Feder in die Richtung des distalen Bereichs angefedert /

vorgespannt. Hierbei ist die Federkraft ausreichend hoch, um die Reibkraft, die aus der zusätzlichen Dichtung und der Primärdichtung resultiert, sicher überwinden zu können.

Das Gehäuse weist vorzugsweise im distalen Bereich nach radial außen/oben einen Abgang zum Ausgleichsbehälter, den Ausgleichsabgang, auf. Konzentrisch und in die entgegengesetzte Richtung zeigend ist ein Druckabgang vorgesehen. Die

Sekundärdichtung dichtet das Gehäuse von innen gegen den Druckzylinder ab, wenn der Druckzylinder von der Druckfeder vollständig Richtung distal verlagert ist, sodass in diesem Betriebszustand keine Kommunikation zwischen dem Druckraum und dem Ausgleichsbehälter / Ausgleichsvolumen stattfindet. Durch das axiale Verlagern der Primärdichtung kann hierbei das Hydraulikfluid aus dem Druckraum verdrängt werden, um das Aktivierungsorgan zu betätigen. Hierfür wird das Hydraulikfluid durch den Druckabgang nach außen geleitet.

Wird die Primärdichtung über die Stellung des maximalen Druckraumvolumens hinaus nach proximal verlagert, so nimmt sie gegen die Kraft der Druckfeder den

Druckzylinder mit. Die zumindest eine Schnüffelöffnung wird somit über die

Sekundärdichtung gezogen, so dass eine Verbindung / Kommunikation zwischen dem Druckraum und dem Ausgleichsabgang und somit dem Ausgleichsvolumen entsteht.

Um weiterhin eine effiziente Entlüftung des Druckmittels gewährleisten zu können, also einen Schnüffelvorgang in Gang zu setzen, wird der Aktor in der

Kraftfahrzeugbaugruppe erfindungsgemäß so verkippt verbaut, dass der Schnüffelabgang sich am höchsten Punkt das Druckraums befindet, wodurch

Luftblasen auf kurzem Wege aufsteigen und in den Ausgleichsbehälter entweichen können.

Zusammenfassend ist erfindungsgemäß ein hydrostatischer Aktor vorgestellt. Dieser ist vorzugsweise als sogenannter modular clutch actuator, kurz MCA, ausgestaltet. Erfindungsgemäß realisiert der Aktor eine Schnüffelfunktionalität, ohne dass eine Flutung des gesamten Aktors / MCAs mit Druckfluid / Hydraulikfluid zu erfolgen hat.

Hierzu wird der Kolben des Aktors mit dem axial verlagerbaren Druckzylinder gekoppelt. Der Kolben kann den Druckzylinder indem er ihn beim Verfahren mitnimmt in eine Schnüffelposition verlagern. In dieser Position werden Schnüffelgeometrien, etwa Löcher, Nuten und/oder Zinnen wirksam, die den inneren Druckraum mit einem Ausgleichsvolumen / Reservoir zum Schnüffeln verbinden. Ansonsten ist diese Verbindung durch eine Sekundärdichtung, d.h. eine bspw. lokal feststehende

Dichtung, verschlossen.

Der Druckzylinder ist in der Schnüffelposition mit einer Feder vorgespannt, so dass eine axiale Verlagerung des Kolbens zunächst eine axiale Verlagerung des

Druckzylinders durch die Federkraft ermöglicht, bevor sich der Kolben im

Druckzylinder verlagert. Ein Druck kann hierbei schon während des gesamten

Verfahrwegs des Kolbens aufgebaut werden.

Der Druckzylinder umschließt den Druckraum und weist eine im Wesentlichen zylindrische Wandung auf. Er ist einseitig offen und weist auf der anderen Seite einen Boden mit Aussparung etwa für die Spindelstange / den Kolben auf. Weiterhin greift die Wandung des Druckzylinders axial in einen Verbindungsbereich für das Reservoir ein. Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Aktor in einer Schnittansicht in einer

Schnüffelposition;

Fig. 2: den Aktor aus Fig. 1 in einer voll eingefahrenen Betätigungsstellung;

Fig. 3: den Aktor aus Fig. 1 in einer voll ausgefahrenen Betätigungsstellung; und

Fig. 4: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Druckzylinders.

Die Zeichnungen sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die einzelnen Elemente können untereinander ausgetauscht werden.

In Fig. 1 ist ein hydrostatischer Aktor 1 für eine Kraftfahrzeugbaugruppe dargestellt. Ein Gehäuse 2 umgibt einen axial verschieblichen Kolben 3 zur Druckbeaufschlagung eines Hydraulikfluids in einem Druckraum 4. Über eine Kopplung des Druckraums 4 mit einer Betätigungsleitung ist ein nicht dargestelltes Aktivierungsorgan von dem Hydraulikfluid betätigbar. Um einen Schnüffelvorgang zu realisieren, sind

Schnüffelöffnungen 5 in einem axial verlagerbaren Druckzylinder 6 angeordnet.

Die Komponenten, die für die Betätigung des Aktors 1 maßgeblich sind, jedoch nicht im Kern dieser Erfindung stehen, etwa eine Spindelstange 15, ein Stator 16, ein Rotor 17, ein Planetenrad 18 und eine Elektronikeinheit 19, sind etwa in dem eingangs zitierten Dokument WO 2015/149777 A1 beschrieben, das hiermit als in dieses Dokument integriert gilt, und seien deshalb an dieser Stelle nicht weiter behandelt. Je nach axialer Stellung des Druckzylinders 6 sind die Schnüffelöffnungen 5 von einer Sekundärdichtung 7 verschlossen oder geöffnet und geben dementsprechend die Verbindung zwischen einem Ausgleichsvolumen und dem Druckraum 5 über einen Druckabgang 8 frei oder blockieren diese. In dem in Fig. 1 dargestellten

Betriebsstadium ist der Druckzylinder 6 von dem Kolben 3 derart gegen die

Vorspannkraft einer Feder 9 vorgespannt, dass eine Kommunikation durch die

Schnüffelöffnungen 5 ermöglicht ist. Es ist also der Schnüffelvorgang dargestellt.

Neben der Sekundärdichtung 7, die gehäusefest angeordnet ist, sind zwei weitere Dichtungseinheiten erfindungsgemäß von Bedeutung. Eine Primärdichtung 13 ist zwischen dem Kolben 3 und dem Druckzylinder 4 angeordnet und sorgt somit für eine leckagefreie Druckbeaufschlagung des Hydraulikfluids. Ein O-Ring 12 ist in einer im Zusammenhang mit Fig. 4 näher beschriebenen O-Ringnut 14 mit dem Druckzylinder 4 verbunden und dichtet den Druckzylinder 4 gegen das Gehäuse 2 ab, um die Antriebskomponenten des Aktors 1 zu schützen.

Dem Betriebszustand in Fig. 1 steht das in Fig. 2 dargestellte Betriebsstadium gegenüber. Hier spannt die Feder 9 den Druckzylinder 6 derart vor, dass die

Sekundärdichtung 7 über die Schnüffelöffnung 5 ragt, sodass kein Schnüffelvorgang über eine Kommunikation mit dem Druckabgang 8 möglich ist.

Der Kolben 3 ist hierbei im voll eingefahrenen Zustand. Das Aktivierungsorgan ist dementsprechend unbetätigt und der Druckraum 4 weist ein identisches Volumen zu dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand dar.

In Fig. 3 ist der voll ausgefahrene Zustand des Aktors 1 dargestellt. Der Kolben ist hier voll in Richtung distal des Druckzylinders 6 ausgefahren. Dementsprechend ist das Volumen des Druckraums 4 auf ein Minimum zusammengestaucht. Das Hydraulikfluid wurde zwischen dem Zustand, der in Fig. 2 dargestellt ist, und dem Zustand, der in Fig. 3 dargestellt ist, über einen Ausgleichsabgang 10 an das Aktivierungsorgan weitergegeben. In Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Druckzylinder 6 in einer perspektivischen Ansicht für sich allein dargestellt. Am distalen Ende sind in Umfangsrichtung gleichverteilt mehrere Schnüffelöffnungen 5 angeordnet. Diese weisen entlang der Axialrichtung jeweils die Form einer Zinne auf. Diese Form ermöglicht einen effizienten Austausch zwischen dem Druckraum 4 und dem Druckabgang 8.

Ein Scheitelpunkt 1 1 stellt den tiefsten Einschnitt der jeweiligen Schnüffelöffnung 5 dar. Um scharfe Kanten zu vermeiden ist die Schnüffelöffnung abgefast, was sich auch positiv auf den Strömungsübergang zwischen der Schnüffelöffnung 5 und dem Druckraum 4 bzw. dem Druckabgang 8 auswirkt. Die zuvor beschriebene O-Ringnut 14 bildet einen Sitz für den O-Ring 12 aus, was die zuverlässige Abdichtung der Antriebskomponenten begünstigt.

Die Anzahl der Schnüffelöffnungen 5, die über den Umfang verteilt sind, kann variieren und auf den jeweiligen Einsatz des Aktors 1 angepasst werden. Weiterhin ist die Form der Schnüffelöffnung 5 nicht auf die zinnenartige Form aus Fig. 4

beschränkt. Eine U-Form, eine V-Form, eine Parabelform oder auch eine kantige Schnüffelöffnungen stellen ebenfalls Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schnüffelöffnung 5 dar.

Bezugszeichenliste hydrostatischer Aktor

Gehäuse

Kolben

Druckraum

Schnüffelöffnung

Druckzylinder

Sekundärdichtung

Druckabgang

Feder

Ausgleichsabgang

Scheitelpunkt

O-Ring

Primärdichtung

O-Ringnut

Spindelstange

Stator

Rotor

Planetenrad

Elektronikeinheit