DE10026147A1 - Electro-hydraulic actuator - Google Patents
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Abstract
Bei einem elektrohydraulischen Betätigungsgerät, umfassend einen in einem Gehäuse (1) angeordneten Elektromotor (2), der eine in dem Gehäuse angeordnete Pumpe (3) antreibt, wobei das von der Pumpe abgegebene Druckmittel einen im Gehäuse geführten Kolben (4) beaufschlagt, dessen Kolbenstange (7) als Betätigungselement aus dem Gehäuse (1) vorsteht, wird der Kolben als Ringkolben (4) ausgebildet, der mit seinem Zylinderraum (5) einen Abschnitt der Motor-Pumpeneinheit übergreift (Fig. 1).In an electrohydraulic actuating device, comprising an electric motor (2) arranged in a housing (1), which drives a pump (3) arranged in the housing, the pressure medium emitted by the pump acting on a piston (4) guided in the housing, the piston rod of which (7) protrudes from the housing (1) as an actuating element, the piston is designed as an annular piston (4) which overlaps a portion of the motor-pump unit with its cylinder space (5) (FIG. 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Betätigungsgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electro-hydraulic actuator according to the preamble of Claim 1.
Bei einem bekannten Betätigungsgerät dieser Art ist in einem Gehäuse eine Kolben- Zylindereinheit angeordnet, wobei auf der Abtriebswelle eines im Bodenbereich des Gehäu ses angeordneten Elektromotors ein oder zwei Pumpenräder angebracht sind, die das im Ge häuse enthaltene Hydrauliköl gegen die Stirnfläche des Kolbens pumpen. Bei dieser bekann ten Bauform ergibt sich durch die vor den Pumpenrädern angeordnete Kolben-Zylindereinheit ein relativ langer Aufbau.In a known actuator of this type, a piston is in a housing Cylinder unit arranged, one on the output shaft in the bottom region of the housing ses arranged electric motor one or two pump wheels are attached, which in Ge Pump the hydraulic oil contained in the housing against the end face of the piston. With this, th design results from the piston-cylinder unit arranged in front of the pump wheels a relatively long build.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrohydraulisches Betätigungsgerät der eingangs angege benen Art so auszubilden, daß es einen möglichst kompakten Aufbau hat.The object of the invention is to provide an electro-hydraulic actuator of the beginning benen type so that it has the most compact structure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features in the characterizing part of the spell 1 solved.
Dadurch, daß der Kolben als Ringkolben ausgebildet ist und einen Teil der Einheit aus Pumpe und Motor umgibt, ist ein kompakter Aufbau mit reduzierter Längsabmessung des Betäti gungsgeräts möglich.Characterized in that the piston is designed as an annular piston and part of the unit from the pump and surrounding the motor is a compact structure with a reduced longitudinal dimension of the actuator device possible.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenAn example embodiment of the invention is described below with reference to the drawing explained in more detail. Show it
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Betätigungsgerät, Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through an actuator,
Fig. 2 ein Schaltschema des elektrohydraulischen Betätigungsgerätes, und Fig. 2 is a circuit diagram of the electrohydraulic actuator, and
Fig. 3 eine praktische Ausführungsform des Betätigungsgerätes in einer Seitenansicht, einer Draufsicht und in einer Stirnansicht. Fig. 3 shows a practical embodiment of the actuating device in a side view, a plan view and an end view.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Gehäuse 1, in dem ein Elektromotor 2 angeordnet ist, dessen elektrische Versorgungskanäle nicht wiedergegeben sind. Mit 3 ist eine Pumpe bezeichnet, von der lediglich die Umrißlinien des Pumpengehäuses wiedergegeben sind und die von dem Motor 2 angetrieben wird. Die Pumpe 3 ist vorzugsweise als Schraubenspindelpumpe ausge bildet, damit das Pumpengehäuse mit einem möglichst geringen Durchmesser ausgelegt wer den kann. Anstelle einer Schraubenspindelpumpe kann auch eine Zahnradpumpe vorgesehen werden. Fig. 1 shows schematically a housing 1 , in which an electric motor 2 is arranged, the electrical supply channels are not shown. 3 with a pump is designated, of which only the outline of the pump housing are shown and which is driven by the motor 2 . The pump 3 is preferably formed as a screw pump, so that the pump housing is designed with the smallest possible diameter who can. Instead of a screw pump, a gear pump can also be provided.
Auf dem Außenumfang der Pumpe 3 bzw. von deren zylindrischem Pumpengehäuse ist ein Ringkolben 4 angeordnet, der in einem im Gehäuse 1 ausgebildeten Zylinderraum 5 ver schiebbar ist. Der Ringkolben 4 weist einen topfförmigen Verlängerungsabschnitt 6 auf, an dem eine Kolbenstange 7 angebracht ist, die in einer Gehäusebohrung geführt ist und das Be tätigungselement des Betätigungsgeräts bildet. Der topfförmige Verlängerungsabschnitt 6 des Ringkolbens 4 ist in einer zylindrischen Gehäuseausnehmung 8 geführt, die einen kleineren Durchmesser hat als der Zylinderraum S. Der Ringkolben 4, dessen Außendurchmesser grö ßer ist als der Außendurchmesser des topfförmigen Verlängerungsabschnitts 6, weist auf der Seite des Verlängerungsabschnitts 6 eine Stirnfläche 9 und auf der dem Motor zugewandten Seite eine Stirnfläche 10 auf. Zwischen freiliegender Stirnseite des Pumpengehäuses 3 und dem Boden des Verlängerungsabschnitts 6 ist ein Kolbenraum 11 ausgebildet, der mit Hy draulikmedium gefüllt ist.On the outer circumference of the pump 3 or of its cylindrical pump housing, an annular piston 4 is arranged, which is slidable ver in a cylinder space 5 formed in the housing 1 . The annular piston 4 has a pot-shaped extension section 6 , to which a piston rod 7 is attached, which is guided in a housing bore and forms the actuating element of the actuating device. The cup-shaped extension section 6 of the ring piston 4 is guided in a cylindrical housing recess 8 , which has a smaller diameter than the cylinder space S. The ring piston 4 , the outside diameter of which is larger than the outside diameter of the cup-shaped extension section 6 , has one on the side of the extension section 6 End face 9 and an end face 10 on the side facing the engine. Between the exposed end face of the pump housing 3 and the bottom of the extension section 6 , a piston chamber 11 is formed, which is filled with hy draulic medium.
Auf dem Außenumfang des Ringkolbens 4, des Verlängerungsabschnitts 6 und der Kolben stange 7 sind jeweils nicht dargestellte Dichtungen vorgesehen. Zwischen Pumpengehäuse und Kolbeninnenumfang ist ein Ringspalt 18 vorgesehen, durch den Hydraulikmedium über den Kanal 15 in den Kolbenraum 11 nachgesaugt werden kann.On the outer circumference of the annular piston 4 , the extension portion 6 and the piston rod 7 seals are not shown, respectively. An annular gap 18 is provided between the pump housing and the inner circumference of the piston, through which hydraulic medium can be sucked into the piston chamber 11 via the channel 15 .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der freiliegenden Stirnseite des Pumpenge häuses eine Ansaugöffnung 12 ausgebildet, durch die das Hydraulikmedium, vorzugsweise Transformatorenöl, aus dem Kolbenraum 11 angesaugt und über einen durch den Motorraum bzw. das Motorgehäuse führenden, schematisch angedeuteten Kanal 13 und einen im Gehäuse 1 ausgebildeten Kanal 14 in den Zylinderraum 5 gefördert wird, so daß die Stirnseite 9 des Ringkolbens 4 in der angegebenen Pfeilrichtung mit Druck beaufschlagt wird. Der Zylinder raum 5a auf der gegenüberliegenden Stirnseite 10 des Ringkolbens 4 steht über eine Druck ausgleichskanal 15 mit einem Reservoir bzw. Ölraum 16 in Verbindung, der über einen weiteren Ausgleichskanal 17 mit der Ausnehmung 8 zwischen Boden des Verlängerungsabschnitts 6 des Ringkolbens und Gehäuse 1 verbunden ist. Bei einer Verschiebung des Ringkolbens 4 erfolgt ein Volumenausgleich über die Ausgleichskanäle 15 und 17 und den Ölraum 16, der durch eine nicht dargestellte Belüftungsöffnung drucklos ist. Der Motor 2 arbeitet im Hy draulikmedium und ist im Hochdruckbereich angeordnet, wobei durch die Ölzirkulation der Motor 2 gekühlt wird.In the illustrated embodiment, a suction opening 12 is formed on the exposed end face of the Pumpenge housing, through which the hydraulic medium, preferably transformer oil, is sucked out of the piston chamber 11 and via a schematically indicated channel 13 leading through the engine compartment or the motor housing and one in the housing 1 trained channel 14 is conveyed into the cylinder chamber 5 , so that the end face 9 of the annular piston 4 is pressurized in the direction indicated by the arrow. The cylinder chamber 5 a on the opposite end face 10 of the annular piston 4 is connected via a pressure compensation channel 15 to a reservoir or oil chamber 16 , which is connected via a further compensation channel 17 to the recess 8 between the bottom of the extension section 6 of the annular piston and housing 1 is. When the annular piston 4 is displaced, volume equalization takes place via the equalization channels 15 and 17 and the oil space 16 , which is depressurized through a ventilation opening (not shown). The engine 2 works in hy draulic medium and is arranged in the high pressure area, the engine 2 being cooled by the oil circulation.
Leckagen am Ringkolben 4 gelangen in den Ansaugbereich der Pumpe 3 über den Ringspalt 18 und/oder über den Kanal 15 in den Ölraum 16.Leakages on the annular piston 4 reach the suction area of the pump 3 via the annular gap 18 and / or via the channel 15 into the oil space 16 .
Nach einer anderen Ausführungsform kann zum Erzeugen einer Druckkraft entgegen der Pfeilrichtung P an der Kolbenstange 7 bei gleicher Drehrichtung der Pumpe 3 der Kanal 15 an den Zylinderraum 5 angeschlossen sein und der Kanal 13 mit dem Zylinderraum 5a zur Druckbeaufschlagung der Kolbenseite 10 verbunden werden.According to another embodiment, the channel 15 can be connected to the cylinder chamber 5 and the channel 13 can be connected to the cylinder chamber 5 a for pressurizing the piston side 10 to generate a compressive force against the arrow direction P on the piston rod 7 with the same direction of rotation of the pump 3 .
Motor 2, Pumpe 3 und Arbeits- bzw. Ringkolben 4 mit Kolbenstange 7 sind auf einer Achse angeordnet, wobei sich eine in Achsrichtung kompakte Bauform ergibt. Eine im Durchmesser kompakte Bauform wird insbesondere durch eine Reduktion des Durchmessers des Pumpen gehäuses erreicht, wodurch auch der Ringkolben 4 so ausgelegt werden kann, daß er den Durchmesser des Motors nicht überragt.Motor 2 , pump 3 and working or ring piston 4 with piston rod 7 are arranged on one axis, resulting in a compact design in the axial direction. A compact design in diameter is achieved in particular by reducing the diameter of the pump housing, whereby the annular piston 4 can be designed so that it does not exceed the diameter of the motor.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird beim Betrieb der Pumpe 3 die Kolbenstange 7 zum Betätigen beispielsweise eines nicht dargestellten Bremsgerätes angezogen, wie durch den Pfeil P angedeutet. Hierbei wird die Stirnseite 9 des Ringkolbens 4 mit Druck beauf schlagt, so daß eine hohe Zugkraft an der Kolbenstange 7 entsteht.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the piston rod 7 is tightened during operation of the pump 3 to actuate, for example, a braking device (not shown), as indicated by the arrow P. Here, the end face 9 of the annular piston 4 is struck with pressure so that a high tensile force is generated on the piston rod 7 .
Die Kolbenstange 7 kann mit einer nicht dargestellten Zug- bzw. Druckfeder entgegen der Pfeilrichtung P beaufschlagt werden, um den Ringkolben 4 nach Abschalten der Pumpe 3 in eine Ausgangsstellung nach links in Fig. 1 zu bewegen. Für diese Rückstellbewegung kann auch eine Gewichtskraft an der Kolbenstange 7 angreifen.The piston rod 7 can be acted upon by a tension or compression spring, not shown, against the direction of the arrow P in order to move the annular piston 4 to the left in FIG. 1 after the pump 3 has been switched off. A weight force can also act on the piston rod 7 for this return movement.
Fig. 2 zeigt ein Schaltschema des Betätigungsgerätes nach Fig. 1, wobei der Einfachheit hal ber eine übliche Kolben-Zylindereinheit wiedergegeben ist. Für gleiche oder entsprechende Bauteile sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. So ist der Ölraum 16 als druckloses Reservoir schematisch wiedergegeben. Die Pumpe 3 saugt über einen Filter 21 Hydraulikmedium an und fördert dieses über die Druckkanäle 13, 14 in den Zylinderraum 5, wobei der durch den Motorraum führende Kanal 13 schematisch außerhalb des Motorbereichs wiedergegeben ist. Ein elektromagnetisch betätigtes Schaltventil 20 ist zwischen dem Druck kanal 13, 14 und dem Rücklaufkanal 17 angeordnet, wobei in der in Fig. 2 wiedergegebenen Schaltstellung (Ausschaltstellung) des Ventils 20 die Pumpe 3 über den Verbindungskanal 22 und den Rücklaufkanal 17 zurück in das Reservoir 16 fördert. In der anderen Schaltstellung (Betriebsstellung) des Ventils 20 ist dieser Verbindungskanal 22 abgesperrt, so daß die Pum pe 3 den Zylinderraum 5 mit Druck beaufschlagt. Mit 23 ist ein selbstregelndes Überdruck ventil zwischen Druckkanal 13, 14 und Rücklaufkanal 17 wiedergegeben, das den Arbeits druck im Zylinderraum 5 konstant hält und absichert. Durch die Einstellung des Überdruck ventils 23 läßt sich der Kraftbereich des Betätigungsgerätes beeinflussen. Das elektromagne tisch betätigte Schaltventil 20 gewährleistet einen schnellen Druckabbau beim Ausschalten und es hat eine Sicherheitsfunktion. Fig. 2 shows a circuit diagram of the actuating device according to Fig. 1, wherein for the sake of simplicity, a conventional piston-cylinder unit is shown. The same reference numerals as in FIG. 1 are used for identical or corresponding components. Thus, the oil space 16 is shown schematically as an unpressurized reservoir. The pump 3 sucks in hydraulic medium via a filter 21 and conveys this via the pressure channels 13 , 14 into the cylinder chamber 5 , the channel 13 leading through the engine chamber being shown schematically outside the engine area. An electromagnetically operated switching valve 20 is arranged between the pressure channel 13 , 14 and the return channel 17 , wherein in the switching position (switch-off position) of the valve 20 shown in FIG. 2, the pump 3 via the connecting channel 22 and the return channel 17 back into the reservoir 16 promotes. In the other switching position (operating position) of the valve 20 , this connecting channel 22 is shut off, so that the pump 3 pressurizes the cylinder chamber 5 . At 23 , a self-regulating pressure relief valve between pressure channel 13 , 14 and return channel 17 is shown , which keeps the working pressure in the cylinder chamber 5 constant and safeguards. By adjusting the pressure relief valve 23 , the force range of the actuator can be influenced. The solenoid-operated switching valve 20 ensures a rapid pressure reduction when switching off and it has a safety function.
Das Schaltventil 20 wird generell parallel zur Versorgungsspannung des Betätigungsgerätes mitangesteuert.The switching valve 20 is generally controlled in parallel with the supply voltage of the actuating device.
Fig. 2a zeigt eine Ausführungsform mit Rücklaufverzögerung, wobei in dem Verbindungska nal 22 eine vorzugsweise einstellbare Drossel 24 angeordnet ist, durch die beim Umschalten des Schaltventils 20 in die wiedergegebene Ausschaltstellung der Druck aus dem Druckkanal 14 und dem Zylinderraum 5 in einstellbarer Weise langsam über die Drossel 24 abgebaut wird, um eine zu schnelle Bewegung des Kolbens 4 durch eine nicht dargestellte Rückstellfe der zu verhindern. Hierzu ist in dem Druckkanal zwischen Pumpe 3 und Abzweigung des Verbindungskanals 22 ein Rückschlagventil 25 vorgesehen, das den Druckabbau in Richtung Pumpe 3, die in diesem Fall außer Betrieb ist, verhindert. Fig. 2a shows an embodiment with a return delay, wherein a preferably adjustable throttle 24 is arranged in the Verbindungska channel 22 , by which when switching the switching valve 20 in the reproduced switch-off position, the pressure from the pressure channel 14 and the cylinder chamber 5 in an adjustable manner slowly over the Throttle 24 is dismantled to prevent the piston 4 from moving too quickly by a non-illustrated return spring. For this purpose, a check valve 25 is provided in the pressure channel between the pump 3 and the branching of the connecting channel 22 , which prevents the pressure reduction in the direction of the pump 3 , which in this case is out of operation.
Fig. 3 zeigt in verschiedenen Ansichten ein praktisches Ausführungsbeispiel des Betätigungs gerätes nach Fig. 1, wobei das Gehäuse 1 als etwa rechteckiger Block ausgebildet ist, auf des sen Oberseite das Zusatzgehäuse 19 für den Ölraum 16 und das Schaltventil 20 angesetzt ist. Das Überdruckventil 23 ist in dem Zusatzgehäuse 19 angeordnet. Mit 26 ist in Fig. 3 der An schluß für die elektrischen Versorgungsleitungen für den Elektromotor wiedergegeben, die druckdicht in das Gehäuse 1 geführt sind. Bei 23 ist in Fig. 3 der Anschluß für das Über druckventil wiedergegeben und bei 24 die einstellbare Drossel. Fig. 3 shows in different views a practical embodiment of the actuating device according to Fig. 1, wherein the housing 1 is formed as an approximately rectangular block on the top of the sen the additional housing 19 for the oil chamber 16 and the switching valve 20 is attached. The pressure relief valve 23 is arranged in the additional housing 19 . With 26 in Fig. 3, the circuit for the electrical supply lines for the electric motor is shown, which are pressure-tight in the housing 1 . At 23 in Fig. 3 the connection for the pressure valve is shown and at 24 the adjustable throttle.
Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauform möglich. So kann bei einer anderen Ausgestaltung der Pumpe 3 der Ringkolben auch auf dem Außenumfang des Motors 2 angeordnet werden, insbesondere wenn der Motor 2 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als das Pumpengehäuse. Der in dem Zusatzgehäuse 19 untergebrachte drucklose Ölraum 16 kann auch im Gehäuse 1 integriert werden, jedoch ist es für die unterschiedliche Ausgestaltung einzelner Typen von Betätigungsgeräten zweckmäßig, den Ölraum 16 mit den zugeordneten Ventilen zusätzlich am Gehäuse 1 anzubringen.Various modifications of the design described are possible. In another embodiment of the pump 3, the annular piston can also be arranged on the outer circumference of the motor 2 , in particular if the motor 2 has a smaller outer diameter than the pump housing. The pressureless oil chamber 16 accommodated in the additional housing 19 can also be integrated in the housing 1 , however, for the different design of individual types of actuating devices, it is expedient to additionally mount the oil chamber 16 with the associated valves on the housing 1 .
Das Betätigungsgerät kann mit vertikal als auch mit horizontal liegender Kolbenstange 7 be trieben werden. Der Kraft- als auch der Hubbereich kann entsprechend den jeweiligen Anfor derungen ausgelegt werden.The actuator can be operated with vertical and horizontal piston rod 7 be. The force and the stroke range can be designed according to the respective requirements.
Das Betätigungsgerät kann für die verschiedensten Einsatzzwecke verwendet werden, bei spielsweise als Bremslüftgerät oder auch als Spreizgerät, wobei die Kolbenstange zwischen zu spreizende Elemente eingreift.The actuator can be used for a wide variety of purposes, at for example as a brake release device or as a spreading device, the piston rod between intervening elements to be spread.
Der in Fig. 1 nur durch Umrißlinien wiedergegebene Motor 2 wird zweckmäßigerweise in eine entsprechende Ausnehmung des Gehäuses 1 eingepreßt. Es ist aber auch möglich, den Motor 2 auf ein Gehäuse 1 aufzusetzen, das die Pumpe 3 mit dem umgebenden Zylinderraum 5 und dem Ringkolben 4 aufnimmt.The motor 2 shown only in FIG. 1 is expediently pressed into a corresponding recess in the housing 1 . However, it is also possible to place the motor 2 on a housing 1 which receives the pump 3 with the surrounding cylinder space 5 and the annular piston 4 .
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann anstelle einer Schraubenspindelpumpe oder einer Zahnradpumpe auch eine Flügelradpumpe vorgesehen werden, die bei dem Ausführungsbei spiel in Fig. 1 Hydraulikmedium aus dem Kolbenraum 11 ansaugt und in den Kanal 13 för dert. Hierbei wird um das nicht dargestellte Flügelrad der Pumpe ein Zylinder angeordnet, auf dessen Außenumfang der Ringkolben 4 unter Zwischenschaltung des Ringspaltes 18 geführt ist, während die offene Seite des Zylinders der Ansaugöffnung 12 entspricht und die gegen überliegende Seite druckdicht mit dem Motorgehäuse oder einem entsprechenden Druckkanal 13 verbunden ist.According to a further embodiment, an impeller pump can also be provided instead of a screw pump or a gear pump, which sucks hydraulic medium from the piston chamber 11 in the exemplary embodiment in FIG. 1 and promotes it in the channel 13 . Here, a cylinder is arranged around the impeller of the pump, not shown, on the outer circumference of which the annular piston 4 is guided with the interposition of the annular gap 18 , while the open side of the cylinder corresponds to the suction opening 12 and the opposite side is pressure-tight with the motor housing or a corresponding pressure channel 13 is connected.
Anstelle eines Ringspalts 18 kann auch eine relativ dichte Führung des Ringkolbens 4 auf dem Zylinder bzw. auf dem Pumpengehäuse vorgesehen werden, die z. B. eine axial verlaufende Nut aufweist, durch die Hydraulikmedium über den Kanal 15 nachgesaugt werden kann.Instead of an annular gap 18 , a relatively tight guidance of the annular piston 4 on the cylinder or on the pump housing can also be provided. B. has an axially extending groove, can be sucked through the hydraulic medium via the channel 15 .
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