DE102020212525A1

DE102020212525A1 - Control cylinder with three control positions and radially nested pressure chambers

Info

Publication number: DE102020212525A1
Application number: DE102020212525.2A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Michael Preuss; Johannes GLÜCKLER; Stefan Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stellzylinder mit drei Stellpositionen (A, B, C), aufweisend einen Betätigungskolben (4) und einen ersten Ringkolben (2) und einen zweiten Ringkolben (3). Der Betätigungskolben (4) ist in eine erste Endposition (A) und eine zweite Endposition (B) und eine zwischen der ersten und zweiten Endposition (A, B) befindliche Mittelposition (C) bewegbar. Der erste Ringkolben (2) ist innerhalb eines ersten Druckraums (21) angeordnet. Der zweite Ringkolben (3) ist innerhalb eines zweiten Druckraums (31) angeordnet. Der erste und zweite Ringkolben (2, 3) sind durch Beaufschlagung der Druckräume (21, 31) mit Fluiddruck innerhalb der Druckräume (21, 31) bewegbar, um den Betätigungskolben (4) in die drei Stellpositionen (A, B, C) zu bewegen. Hierbei ist der erste Druckraum (21) radial innerhalb des zweiten Druckraums (31) angeordnet.The invention relates to an adjusting cylinder with three adjusting positions (A, B, C), having an actuating piston (4) and a first annular piston (2) and a second annular piston (3). The actuating piston (4) can be moved into a first end position (A) and a second end position (B) and a middle position (C) located between the first and second end position (A, B). The first annular piston (2) is arranged within a first pressure chamber (21). The second annular piston (3) is arranged within a second pressure chamber (31). The first and second annular pistons (2, 3) can be moved within the pressure chambers (21, 31) by applying fluid pressure to the pressure chambers (21, 31) in order to move the actuating piston (4) into the three adjustment positions (A, B, C). move. The first pressure chamber (21) is arranged radially inside the second pressure chamber (31).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellzylinder mit drei Stellpositionen sowie eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs mit einem solchen Stellzylinder zum Auswählen von Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung.The invention relates to an actuating cylinder with three actuating positions and a drive device for electrically driving a vehicle with such an actuating cylinder for selecting drive modes of the drive device.

Stellzylinder dienen zur Durchführung von Stellbewegungen. Hierzu wird ein Druckraum des Stellzylinders mit Fluiddruck beaufschlagt. Dadurch wird ein Betätigungskolben des Stellzylinder bewegt, an dem die Stellbewegung abgreifbar ist. Als Arbeitsfluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit eingesetzt werden, beispielsweise Luft oder Hydrauliköl.Actuating cylinders are used to carry out actuating movements. For this purpose, a pressure chamber of the actuating cylinder is subjected to fluid pressure. As a result, an actuating piston of the actuating cylinder is moved, on which the actuating movement can be tapped. A gas or a liquid can be used as the working fluid, for example air or hydraulic oil.

Aus der DE 37 02 911 A1 ist ein Stellzylinder mit drei Stellpositionen bekannt. Dieser weist einen inneren Kolben und zwei Ringkolben und drei Anschlussbohrungen auf. Eine Verringerung der Einbaulänge wird dadurch erreicht, dass die Ringkolben in ihren Endstellungen in Achsrichtung über den inneren Kolben hinausstehen und ihre Gehäusedichtungen jeweils an den überstehenden Partien angeordnet sind. Die einander zugewandten Partien stützen sich hierbei nicht dichtend an einer Gehäusewand ab und überfahren die mittlere Anschlussbohrung.From the DE 37 02 911 A1 an actuating cylinder with three actuating positions is known. This has an inner piston and two ring pistons and three connection bores. A reduction in the installation length is achieved in that the annular pistons protrude beyond the inner piston in the axial direction in their end positions and their housing seals are each arranged on the protruding parts. The parts facing each other are not supported in a sealing manner on a housing wall and run over the central connection hole.

Auch aus der DE 33 36 682 A1 ist ein Stellzylinder mit drei Stellpositionen bekannt. Dieser weist einen ersten abgedichtet im Zylinder geführten Kolben und einen zweiten als Ringkolben ausgebildeten Kolben auf. Der zweite Kolben ist gegenüber der Zylinderinnenwand und einer äußeren Mantelfläche des ersten Kolbens abgedichtet. Hierbei sind Anschläge vorgesehen, die die Relativbewegung der Kolben begrenzen.Also from the DE 33 36 682 A1 an actuating cylinder with three actuating positions is known. This has a first piston, which is guided in a sealed manner in the cylinder, and a second piston, designed as an annular piston. The second piston is sealed off from the inner wall of the cylinder and an outer surface area of the first piston. In this case, stops are provided which limit the relative movement of the pistons.

Aus der DE 10 2009 046 366 A1 ist ein Hybridfahrzeuggetriebe bekannt. Hierbei ist eine Getriebeeingangswelle über ein Schaltelement mit einer Antriebsmaschine verbindbar. Eine elektrische Maschine ist mittels eines weiteren Schaltelements sowohl von der Getriebeeingangswelle trennbar, als auch mit ihr in Wirkverbindung bringbar.From the DE 10 2009 046 366 A1 a hybrid vehicle transmission is known. In this case, a transmission input shaft can be connected to a drive machine via a shifting element. An electric machine can be separated from the transmission input shaft by means of a further switching element and can also be brought into an operative connection with it.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll die axiale Baulänge eines Stellzylinders mit drei Stellpositionen reduziert werden. Auch soll eine kompakte Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt werden.The object of the present invention is to improve the prior art. In particular, the axial overall length of an actuating cylinder with three actuating positions should be reduced. A compact drive device for electrically driving a vehicle is also to be provided.

Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen jeweils angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the measures specified in the main claims. Preferred embodiments thereof can be found in the dependent claims.

Demnach wird ein Stellzylinder mit drei Stellpositionen vorgeschlagen. Der Stellzylinder weist einen Betätigungskolben und einen ersten Ringkolben und einen zweiten Ringkolben auf. Insbesondere ist auch ein Gehäusekörper vorgesehen, der den Betätigungskolben und den ersten und zweiten Ringkolben aufnimmt. Der Betätigungskolben ist in eine erste Endposition und eine zweite Endposition und eine zwischen der ersten und zweiten Endposition befindliche Mittelposition bewegbar, insbesondere axial bewegbar. Diese bilden die drei Stellpositionen des Stellzylinders. Der erste Ringkolben ist innerhalb eines ersten Druckraums angeordnet. Der zweite Ringkolben ist innerhalb eines zweiten Druckraums angeordnet. Der erste Ringkolben und der zweite Ringkolben sind durch Beaufschlagung dieser Druckräume mit einem Fluiddruck innerhalb der Druckräume bewegbar, um den Betätigungskolben in die drei Stellpositionen zu bewegen.Accordingly, an adjusting cylinder with three adjusting positions is proposed. The actuating cylinder has an actuating piston and a first annular piston and a second annular piston. In particular, a housing body is also provided, which accommodates the actuating piston and the first and second annular piston. The actuating piston can be moved, in particular axially, into a first end position and a second end position and a middle position located between the first and second end position. These form the three setting positions of the setting cylinder. The first annular piston is arranged within a first pressure chamber. The second annular piston is arranged within a second pressure chamber. The first annular piston and the second annular piston can be moved within the pressure chambers by applying a fluid pressure to these pressure chambers in order to move the actuating piston into the three adjustment positions.

Hierbei ist vorgesehen, dass der erste Druckraum radial innerhalb des zweiten Druckraums angeordnet ist. Auf diese Weise wird die axiale Länge des Stellzylinders signifikant reduziert, denn die beiden Druckräume sind radial übereinander angeordnet. Der erste Druckraum kann hierbei teilweise oder vollständig radial innerhalb des zweiten Druckraums angeordnet sein.It is provided here that the first pressure chamber is arranged radially inside the second pressure chamber. In this way, the axial length of the actuating cylinder is significantly reduced because the two pressure chambers are arranged radially one above the other. In this case, the first pressure chamber can be arranged partially or completely radially inside the second pressure chamber.

Die besagten Endpositionen und die Mittelposition stellen die drei stabilen Stellpositionen des Stellzylinders dar. Diese Stellpositionen bleiben durch Aufrecherhaltung des jeweiligen Druckniveaus in den beiden Druckräumen bestehen. Bei den Stellpositionen handelt es sich insbesondere um unterschiedliche Axialpositionen des Betätigungskolbens. Der Betätigungskolben ist dann also durch axiale Bewegung in die Stellpositionen bringbar.Said end positions and the middle position represent the three stable setting positions of the actuating cylinder. These setting positions remain in place by maintaining the respective pressure level in the two pressure chambers. The adjustment positions are, in particular, different axial positions of the actuating piston. The actuating piston can then be brought into the setting positions by means of an axial movement.

Die Begriffe „radial“ und „axial“ beziehen sich auf eine Haupterstreckungsachse des Stellzylinders oder eine Bewegungsachse des Betätigungskolbens. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Symmetrieachse der Kolben des Stellzylinders. Es kann sich hierbei auch um eine Rotationsachse eines Schaltelements bilden, das von dem Stellzylinder betätigt wird. Der Begriff „axial“ bedeutet hierbei „in oder entlang dieser Achse“, wohingegen der Begriff „radial“ hierbei „in oder entlang einer zu dieser Achse senkrecht verlaufenden zweiten Achse“ bedeutet.The terms "radial" and "axial" refer to a main axis of extension of the actuating cylinder or an axis of movement of the actuating piston. This is in particular an axis of symmetry of the pistons of the actuating cylinder. It can also form around an axis of rotation of a switching element that is actuated by the actuating cylinder. The term “axial” here means “in or along this axis”, whereas the term “radial” here means “in or along a second axis running perpendicular to this axis”.

Der Betätigungskolben dient zum Abgriff der Stellkraft des Stellzylinders. Insbesondere ragt der Betätigungskolben dazu axial aus dem Stellzylinder hervor. Die Ringkolben sind insbesondere vollständig Innerhalb des besagten Gehäusekörpers angeordnet, während der Betätigungskolben aus dem Gehäusekörper hervorragt. Der Gehäusekörpers kann mehrteilig ausgebildet sein, um die Montierbarkeit des Stellzylinders zu erleichtern oder zu ermöglichen.The actuating piston serves to tap off the actuating force of the actuating cylinder. In particular, the actuating piston protrudes axially from the actuating cylinder. In particular, the annular pistons are arranged entirely inside said housing body, while the actuating piston protrudes from the housing body. The housing body can be designed in several parts in order to mount the ability of the actuating cylinder to facilitate or enable.

Vorzugsweise ist der Stellzylinder frei von Federelementen, die auf einen oder mehrere der besagten Kolben des Stellzylinders wirken. Somit erfolgt das Einstellen der jeweiligen Stellposition rein durch Druckbeaufschlagung einer oder beider der Druckräume. Die Ringkolben sind insbesondere frei innerhalb der Druckräume axial bewegbar. In Ausführungsformen des vorgeschlagenen Stellzylinders kann jedoch zumindest ein Federelement vorgesehen sein, dass die selbständige Bewegung des Betätigungskolbens in eine der Stellpositionen bewirkt, wenn die beiden Druckräume entlüftet sind. Ein solcher entlüfteter Zustand liegt dann vor, wenn an den jeweilige Druckraum ein Umgebungsdruck oder ein Tankdruck eines Reservoirs für das Arbeitsfluid angelegt ist - dann liegt also kein Betätigungsdruck zur Verlagerung der Kolben an.The adjusting cylinder is preferably free of spring elements which act on one or more of the said pistons of the adjusting cylinder. The setting of the respective setting position is thus carried out purely by pressurizing one or both of the pressure chambers. The annular pistons can in particular be freely moved axially within the pressure chambers. In embodiments of the proposed actuating cylinder, however, at least one spring element can be provided that causes the actuating piston to move independently into one of the actuating positions when the two pressure chambers are vented. Such a vented state is present when an ambient pressure or a tank pressure of a reservoir for the working fluid is applied to the respective pressure chamber—then there is no actuating pressure to move the pistons.

Vorzugsweise verfügt der Stellzylinder über keinen weiteren Druckraum. Dementsprechend verfügt der Stellzylinder über genau die beiden besagten Druckräume. Vorzugsweise verfügt der Stellzylinder über genau einen Druckanschluss für jeden der Druckräume. Somit weist der Stellzylinder genau zwei Anschlüsse zum Beaufschlagen der Druckräume mit einem Fluiddruck auf. Die beiden Anschlüsse sind insbesondere an dem Gehäusekörper des Stellzylinders ausgebildet.The actuating cylinder preferably has no further pressure chamber. Accordingly, the actuating cylinder has exactly the two pressure chambers mentioned. The actuating cylinder preferably has exactly one pressure connection for each of the pressure chambers. The actuating cylinder thus has exactly two connections for applying a fluid pressure to the pressure chambers. The two connections are formed in particular on the housing body of the actuating cylinder.

Die Ringkolben verfügen jeweils über Laufflächen. Die Lauffläche der Ringkolben befinden sich insbesondere auf dem Betätigungskolben und dem Gehäusekörper. Die Laufflächen bilden Begrenzungen der Druckräume. Dadurch, dass der erste Druckraum radial innerhalb des zweiten Druckraum angeordnet ist, verlaufen auch die Laufflächen des ersten Ringkolbens radial innerhalb der Laufflächen des zweiten Ringkolbens. Aus demselben Grund weist der erste Ringkolben einen geringeren Durchmesser auf, als der zweiter Ringkolben.The annular pistons each have running surfaces. The running surface of the ring pistons is located in particular on the actuating piston and the housing body. The running surfaces form the boundaries of the pressure chambers. Because the first pressure chamber is arranged radially inside the second pressure chamber, the running surfaces of the first annular piston also run radially inside the running surfaces of the second annular piston. For the same reason, the first annular piston has a smaller diameter than the second annular piston.

Insbesondere dichten die Ringkolben den jeweils zugehörigen Druckraum gegenüber jeweils einem Hohlraum des Stellzylinders ab. Dieser Hohlraum ist insbesondere innerhalb des Gehäusekörpers angeordnet und stets entlüftet, insbesondere indem der Hohlraum mit einer Umgebung verbunden ist. Darin liegt demnach Umgebungsdruck vor. Die Hohlräume können miteinander verbunden sein, sodass in beiden Hohlräumen stets derselbe Druck vorliegt. Der dem ersten Ringkolben zugeordnete erste Hohlraum ist insbesondere im Betätigungskolben vorgesehen. Und der dem zweiten Ringkolben zugeordnete zweite Hohlraum ist insbesondere im Gehäusekörper vorgesehen.In particular, the annular pistons seal off the respectively associated pressure chamber from a respective cavity of the actuating cylinder. This cavity is in particular arranged inside the housing body and is always vented, in particular by the cavity being connected to an environment. It is therefore at ambient pressure. The cavities can be connected to one another so that the same pressure is always present in both cavities. The first cavity associated with the first annular piston is provided in particular in the actuating piston. And the second cavity associated with the second annular piston is provided in particular in the housing body.

Wie eingangs erläutert, dient der Stellzylinder zur Durchführung von Stellbewegungen. Beispielsweise kann damit ein Schaltelement eines Fahrzeuggetriebes betätigt werden. Zur Betätigung des Stellzylinders, also zum Einstellen der jeweiligen Stellposition, dient ein Arbeitsfluid. Wie eingangs erläutert, kann dieses Arbeitsfluid ein Gas oder eine Flüssigkeit sein, beispielsweise Luft oder Hydrauliköl.As explained at the outset, the actuating cylinder is used to carry out actuating movements. For example, a switching element of a vehicle transmission can be actuated with it. A working fluid is used to actuate the actuating cylinder, ie to set the respective actuating position. As explained above, this working fluid can be a gas or a liquid, for example air or hydraulic oil.

Die einzelnen Stellpositionen des Stellzylinders werden dadurch eingestellt, dass wahlweise einer der beiden Druckräume oder beide Druckräume mit einem Betätigungsdruck des Arbeitsfluids beaufschlagt werden. Hierbei handelt es sich um ein Betätigungsdruck, der über einem Umgebungsdruck oder einem Tankdruck eines Reservoirs des Arbeitsfluids liegt. Dies erfolgt insbesondere durch ein oder mehrere Ventile, die an eine Druckquelle angeschlossen sind.The individual adjustment positions of the adjustment cylinder are adjusted in that either one of the two pressure chambers or both pressure chambers are subjected to an actuating pressure of the working fluid. This is an actuation pressure that is above an ambient pressure or a tank pressure of a reservoir of the working fluid. This is done in particular by one or more valves that are connected to a pressure source.

Insbesondere ist vorgesehen, dass zum Einstellen der ersten Stellposition nur der erste Druckraum mit Betätigungsdruck beaufschlagt wird. Der erste Ringkolben bewegt hierdurch den Betätigungskolben in Richtung erster Stellposition. Im zweiten Druckraum liegt hierbei ein deutlich niedrigerer Druck vor. Insbesondere ist er entlüftet, wodurch daran Umgebungsdruck oder Tankdruck anliegt. Und zum Einstellen der zweiten Stellposition wird nur der zweite Druckraum mit Betätigungsdruck beaufschlagt. Der zweite Ringkolben bewegt hierdurch den Betätigungskolben in Richtung zweiter Stellposition. Hierbei liegt im ersten Druckraum ein deutlich niedrigerer Druck vor. Insbesondere ist er entlüftet, wodurch daran Umgebungsdruck oder Tankdruck anliegt. Und zum Einstellen der dritten Stellposition (Mittelposition) werden sowohl der erste Druckraum, als auch der zweite Druckraum mit Betätigungsdruck beaufschlagt, also beide Druckräume gleichzeitig. Dadurch stellt sich ein Kräftegleichgewicht an den Ringkolben und dem Betätigungskolben ein, das den Betätigungskolben in die Mittelposition bewegt. Auf diese Weise können durch lediglich zwei Druckräume und zwei Anschlüsse drei stabile Stellpositionen eingestellt werden.In particular, it is provided that, in order to set the first setting position, only the first pressure chamber is subjected to actuating pressure. As a result, the first annular piston moves the actuating piston in the direction of the first setting position. In this case, the pressure in the second pressure chamber is significantly lower. In particular, it is vented, as a result of which ambient pressure or tank pressure is applied to it. And to set the second setting position, only the second pressure chamber is subjected to actuating pressure. As a result, the second annular piston moves the actuating piston in the direction of the second setting position. In this case, the pressure in the first pressure chamber is significantly lower. In particular, it is vented, as a result of which ambient pressure or tank pressure is applied to it. And to set the third setting position (middle position), both the first pressure chamber and the second pressure chamber are subjected to actuating pressure, ie both pressure chambers at the same time. This results in an equilibrium of forces on the annular piston and the actuating piston, which moves the actuating piston into the middle position. In this way, three stable adjustment positions can be set using only two pressure chambers and two connections.

Vorzugsweise ist am Betätigungskolben ein erster Anschlag für den ersten Ringkolben und ein zweiter Anschlag für den zweiten Ringkolben vorgesehen. Diese beiden Anschläge werden vom Betätigungskolben unmittelbar ausgebildet oder sind daran befestigt. Hierbei handelt es sich insbesondere um axiale Anschläge, somit kann sich der jeweilige Ringkolben in axialer Richtung daran anlegen. Der erste Anschlag ist so ausgebildet, dass der erste Ringkolben bei Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (Betätigungsdruck) den Betätigungskolben durch Anlegen an den ersten Anschlag in Richtung erster Endposition des Betätigungskolbens treibt. Der zweite Anschlag ist so ausgebildet, dass der zweite Ringkolben bei Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraums (Betätigungsdruck) den Betätigungskolben durch Anlegen an den zweiten Anschlag in Richtung zweiter axialer Endposition des Betätigungskolbens treibt. Dadurch können einfach die drei Stellpositionen des Stellzylinders eingestellt werden.A first stop for the first annular piston and a second stop for the second annular piston are preferably provided on the actuating piston. These two stops are formed directly by the actuating piston or are attached to it. These are, in particular, axial stops, so the respective ring piston can rest against them in the axial direction. The first stop is designed in such a way that when pressure is applied to the first pressure chamber (actuating pressure), the first annular piston pushes the actuating piston against the first stop drives towards the first end position of the actuating piston. The second stop is designed such that the second annular piston drives the actuating piston in the direction of the second axial end position of the actuating piston when pressure is applied to the second pressure chamber (actuating pressure) by contacting the second stop. As a result, the three setting positions of the setting cylinder can be set easily.

Vorzugsweise weist der Stellzylinder den Gehäusekörper auf, der den Betätigungskolben und den ersten und zweiten Ringkolben aufnimmt. Insbesondere ist dann auch ein erster gehäusefester Anschlag für den ersten Ringkolben und ein zweiter gehäusefester Anschlag für den zweiten Ringkolben vorgesehen. Hierbei handelt es sich insbesondere um axiale Anschläge, somit kann sich der jeweilige Ringkolben in axialer Richtung daran anlegen. Der erste gehäusefeste Anschlag ist so ausgebildet, dass sich der erste Ringkolbens in der Mittelposition des Betätigungskolbens daran anlegt. Dadurch wird eine Weiterbewegung des ersten Ringkolbens über die Mittelposition hinaus verhindert. Und der zweite gehäusefeste Anschlag ist so ausgebildet, dass sich der zweite Ringkolben in der Mittelposition des Betätigungskolbens daran anlegt. Dadurch wird eine Weiterbewegung des zweiten Ringkolbens über die Mittelposition hinaus verhindert. Die gehäusefesten Anschläge werden unmittelbar durch den Gehäusekörper gebildet oder sind daran befestigt. Der Gehäusekörper stützt beim Erreichen der Mittelstellung die auf den jeweiligen Ringkolben lastende Druckkraft über den zugehörigen gehäusefesten Anschlag ab. Bei dieser Konstruktion kann einfach und zuverlässig die Mittelposition (dritte Stellposition) angefahren werden, indem beide Druckräume gleichzeitig mit Fluiddruck beaufschlagt werden. Um über die Mittelposition hinaus die weitere Bewegung des Betätigungskolbens in die erste Endposition (erste Stellposition) beziehungsweise zweite Endposition (zweite Stellposition) zu bewirken, sind dann insbesondere am Betätigungskolben weitere Angriffsflächen für den Betätigungsdruck vorgesehen.The actuating cylinder preferably has the housing body which accommodates the actuating piston and the first and second annular pistons. In particular, a first stop fixed to the housing is then also provided for the first annular piston and a second stop fixed to the housing for the second annular piston. These are, in particular, axial stops, so the respective ring piston can rest against them in the axial direction. The first stop fixed to the housing is designed in such a way that the first annular piston bears against it in the central position of the actuating piston. This prevents further movement of the first ring piston beyond the middle position. And the second stop fixed to the housing is designed in such a way that the second annular piston bears against it in the central position of the actuating piston. This prevents further movement of the second annular piston beyond the middle position. The housing-fixed stops are formed directly by the housing body or are attached to it. When the middle position is reached, the housing body supports the compressive force exerted on the respective annular piston via the associated stop fixed to the housing. With this construction, the middle position (third setting position) can be approached easily and reliably by both pressure chambers being subjected to fluid pressure at the same time. In order to bring about the further movement of the actuating piston beyond the central position into the first end position (first setting position) or second end position (second setting position), further contact surfaces for the actuating pressure are then provided in particular on the actuating piston.

Vorzugsweise ist der erste gehäusefeste Anschlag radial innen bezüglich des zweiten gehäusefesten Anschlags angeordnet ist. Der erste gehäusefeste Anschlag ist insbesondere an einem Vorsprung im Inneren des Gehäusekörpers angeordnet. Insbesondere verläuft dieser Vorsprung in axialer Richtung und ist Bestandteil des Gehäusekörpers. Dieser Vorsprung ragt insbesondere in eine Vertiefung des Betätigungskolbens. Insbesondere verläuft diese Vertiefung ebenfalls in axialer Richtung. Insbesondere ist dann der zweite gehäusefeste Anschlag an einer Außenwandung des Gehäusekörpers im Inneren des Gehäusekörpers angeordnet. Dadurch ist einfach die geringe Bauweise des Stellzylinders realisierbar. Die gehäuseseitige Lauffläche des ersten Ringkolbens befindet sich hierbei insbesondere an dem Vorsprung. Radial zwischen dem Vorsprung und dem Betätigungskolben kann ein Ringspalt ausgebildet sein, der den ersten Hohlraum mit dem zweiten Hohlraum verbindet. The first stop fixed to the housing is preferably arranged radially on the inside with respect to the second stop fixed to the housing. The first housing-fixed stop is arranged in particular on a projection inside the housing body. In particular, this projection runs in the axial direction and is part of the housing body. This projection protrudes in particular into a depression in the actuating piston. In particular, this depression also runs in the axial direction. In particular, the second housing-fixed stop is then arranged on an outer wall of the housing body in the interior of the housing body. As a result, the small construction of the actuating cylinder can be realized easily. The running surface of the first annular piston on the housing side is located here in particular on the projection. An annular gap, which connects the first cavity to the second cavity, can be formed radially between the projection and the actuating piston.

Vorzugsweise ist zumindest einer der besagten Anschläge als Sicherungsring, insbesondere als Sprengring, ausgebildet. Dadurch kann die Montierbarkeit des Stellzylinders ermöglicht werden oder vereinfacht sein. Zudem ist die Verwendung eines Sicherungsringes als Anschlag sehr kostengünstig, da hierbei ein Normteil eingesetzt werden kann.At least one of said stops is preferably designed as a securing ring, in particular as a snap ring. As a result, the assembly of the actuating cylinder can be made possible or simplified. In addition, using a locking ring as a stop is very cost-effective, since a standard part can be used here.

Vorzugsweise weist der erste Ringkolben eine erste wirksame Angriffsfläche für eine Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum mit Arbeitsfluid auf. Der Betätigungskolben weist dann eine zweite wirksame Angriffsfläche für diese Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum auf. Und der zweite Ringkolben weist dann eine dritte wirksame Angriffsfläche für eine Druckbeaufschlagung im zweiten Druckraum mit Arbeitsfluid auf. Und der Betätigungskolben weist dann eine vierte wirksame Angriffsfläche für die Druckbeaufschlagung im zweiten Druckraum auf. Somit befindet sich im ersten Druckraum die erste und zweite Angriffsfläche, und im zweiten Druckraum befindet sich die dritte und vierte Angriffsfläche. Diese Angriffsflächen dienen zum Einstellen der drei Stellpositionen des Stellzylinders. Die Angriffsflächen werden wirksam, wenn ein Fluiddruck des Arbeitsfluids im jeweiligen Druckraum aufgebracht wird. Sie bewirken die Bewegung und das anschließende Verharren des Betätigungskolbens in der gewählten Stellposition. Insbesondere ist die Wirkrichtung der ersten und zweiten Angriffsfläche entgegengesetzt zur Wirkrichtung der dritten und vierten Angriffsfläche. Bei gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume ergibt sich somit das Kräftegleichgewicht am Betätigungskolben, das diesen in die Mittelposition treibt.The first annular piston preferably has a first effective contact surface for pressurizing the first pressure chamber with working fluid. The actuating piston then has a second effective contact surface for this pressurization in the first pressure chamber. And the second ring piston then has a third effective contact surface for pressurizing the second pressure chamber with working fluid. And the actuating piston then has a fourth effective contact surface for the application of pressure in the second pressure chamber. The first and second working surfaces are thus located in the first pressure chamber, and the third and fourth working surfaces are located in the second pressure chamber. These contact surfaces are used to set the three setting positions of the actuating cylinder. The attack surfaces become effective when a fluid pressure of the working fluid is applied in the respective pressure chamber. They cause the actuating piston to move and then remain in the selected setting position. In particular, the effective direction of the first and second contact surface is opposite to the effective direction of the third and fourth contact surface. When pressure is applied to the two pressure chambers at the same time, the forces on the actuating piston are balanced, which drives it into the central position.

Vorzugsweise werden zum Einstellen der Mittelposition beide Druckräume mit einem identischen Betätigungsdruck beaufschlagt. Beispielsweise werden dazu ein oder mehrere Ventile geschaltet, sodass beide Druckräume gleichermaßen mit einer Druckquelle verbunden sind. Die Angriffsflächen sind vorzugsweise so dimensioniert, dass bei einer Druckbeaufschlagung des ersten und zweiten Druckraums mit einem identischen Fluiddruck:

- die durch die dritte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft größer ist, als die durch die zweite Angriffsfläche bewirkte Druckkraft, und
- die durch die erste Angriffsfläche bewirkte Druckkraft größer ist, als die durch die vierte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft, und
- die durch die erste Angriffsfläche bewirkte Druckkraft im Wesentlichen identisch ist zu der durch die dritte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft,
- die durch die zweite Angriffsfläche bewirkte Druckkraft im Wesentlichen identisch ist zu der durch die vierte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft.

Both pressure chambers are preferably subjected to an identical actuating pressure in order to set the middle position. For example, one or more valves are switched so that both pressure chambers are equally connected to a pressure source. The contact surfaces are preferably dimensioned such that when the first and second pressure chambers are pressurized with an identical fluid pressure:

- the compressive force caused by the third contact surface is greater than the compressive force caused by the second contact surface, and
- the compressive force caused by the first contact surface is greater than the compressive force caused by the fourth contact surface, and
- the compressive force caused by the first contact surface is essentially identical to the compressive force caused by the third contact surface,
- The compressive force caused by the second contact surface is essentially identical to the compressive force caused by the fourth contact surface.

Durch diese Verhältnisse der Druckkräfte ergibt sich, dass der Betätigungskolben automatisch die Mittelposition einnimmt, wenn die beiden Druckräume mit identischem Betätigungsdruck beaufschlagt werden. Anhand dieser Verhältnisse ist es möglich, die Dimensionen der einzelnen Angriffsflächen für ein beliebig großen Stellzylinder zu ermitteln. Das Verhältnis zwischen der erzeugten Druckkraft und dem anliegenden Fluiddruck und der wirksamen Angriffsfläche ist bekannlich F=p*A, wobei F die Druckkraft ist und A die wirksame Angriffsfläche und p der an dieser Angriffsfläche angreifende Fluiddruck. Insbesondere sind keine weiteren wirksamen Angriffsflächen für die Bewegung der Kolben vorgesehen.These pressure force ratios mean that the actuating piston automatically assumes the central position when the two pressure chambers are subjected to identical actuating pressure. Based on these ratios, it is possible to determine the dimensions of the individual contact surfaces for an actuating cylinder of any size. The relationship between the compressive force generated and the applied fluid pressure and the effective contact area is known to be F=p*A, where F is the compressive force and A is the effective contact area and p is the fluid pressure acting on this contact area. In particular, no other effective contact surfaces for the movement of the pistons are provided.

Vorzugsweise ist die zweite Angriffsfläche durch einen (ersten) Absatz des Betätigungskolbens innerhalb des ersten Druckraums gebildet. Die vierte Angriffsfläche ist dann durch einen (zweiten) Absatz des Betätigungskolbens innerhalb des zweiten Druckraums gebildet. Dadurch können die am Betätigungskolben befindliche zweite und vierte Angriffsflächen einfach erzeugt werden. Der jeweilige Absatz wird durch eine Durchmesseränderung des Betätigungskolbens innerhalb des jeweiligen Druckraums gebildet.The second contact surface is preferably formed by a (first) shoulder of the actuating piston within the first pressure chamber. The fourth contact surface is then formed by a (second) shoulder of the actuating piston within the second pressure chamber. As a result, the second and fourth contact surfaces located on the actuating piston can be easily produced. The respective paragraph is formed by a change in diameter of the actuating piston within the respective pressure chamber.

Diese Absätze können auch die Endpositionen des Betätigungskolbens definieren, indem sie sich in der jeweiligen Endposition an den Gehäusekörper anlegen. Dadurch wird eine weitere Bewegung des Betätigungskolbens über die jeweilige Endposition hinaus verhindert. Dazu kann vorgesehen sein, dass sich der Betätigungskolben in der ersten Endposition mit der vierten Angriffsfläche (zweiter Absatz) an den Gehäusekörper anlegt, und dass sich der Betätigungskolben in der zweiten Endposition mit der zweiten Angriffsfläche (erster Absatz) an den Gehäusekörper anlegt. Durch eine konstruktiv einfache axiale Verschiebung des jeweiligen Absatzes und damit der zugehörigen Endposition kann damit der Stellzylinder an unterschiedliche Einsatzzwecke angepasst werden.These paragraphs can also define the end positions of the actuating piston by resting against the housing body in the respective end position. This prevents further movement of the actuating piston beyond the respective end position. For this purpose it can be provided that in the first end position the actuating piston rests against the housing body with the fourth contact surface (second step) and that the actuating piston rests against the housing body in the second end position with the second contact surface (first step). By means of a structurally simple axial displacement of the respective paragraph and thus of the associated end position, the actuating cylinder can be adapted to different purposes of use.

Vorgeschlagen wird auch eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung weist ein formschlüssiges Schaltelement zum Einlegen von Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung auf. Das Schaltelement weist drei Schaltpositionen auf, um jeweils einen der Antriebsmodi des Antriebsmoduls auszuwählen. Jeder dieser drei Schaltpositionen ist demnach einer der Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung zugeordnet. Bei eingelegter Schaltposition ist der jeweils zugehörige Antriebsmodus eingelegt.A drive device for electrically driving a vehicle, in particular a motor vehicle, is also proposed. The drive device has a form-fit shifting element for engaging drive modes of the drive device. The switching element has three switching positions in order to select one of the drive modes of the drive module. Each of these three switching positions is therefore assigned to one of the drive modes of the drive device. When the switching position is engaged, the respective associated drive mode is engaged.

Hierbei ist der vorgeschlagene Stellzylinder zur Bewegung des Schaltelements in diese drei Schaltpositionen vorgesehen. Der Stellzylinder ist mit dem Schaltelement gekoppelt, sodass er das Schaltelement betätigen kann. Durch Beaufschlagung der Druckräume des Stellzylinders ist der Betätigungskolben in die Stellpositionen bewegbar, was eine entsprechende Bewegung des Schaltelements hervorruft und somit den jeweiligen Antriebsmodus bewirkt. Durch die geringe Baulänge des Stellzylinders kann die Antriebsvorrichtung kompakt ausgeführt sein. Bei dem Schaltelement handelt es sich insbesondere um eine formschlüssige Kupplung, wie beispielsweise eine Klauenkupplung.In this case, the proposed actuating cylinder is provided for moving the switching element into these three switching positions. The actuating cylinder is coupled to the switching element so that it can actuate the switching element. By acting on the pressure chambers of the actuating cylinder, the actuating piston can be moved into the actuating positions, which causes a corresponding movement of the switching element and thus brings about the respective drive mode. Due to the small overall length of the actuating cylinder, the drive device can be of compact design. The shifting element is in particular a form-fitting clutch, such as a claw clutch.

Ein Fahrzeug, bei dem die Antriebsvorrichtung bevorzug zum Antrieb eingesetzt wird, ist ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein anderweitiges Landfahrzeug. Besonders bevorzugt dient die Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wie eines Personenkraftwagens, Lastkraftwagens oder Kraftomnibusses.A vehicle in which the drive device is preferably used for driving is a watercraft, a rail vehicle or some other land vehicle. The drive device is particularly preferably used to drive a motor vehicle, such as a passenger car, truck or bus.

Vorzugsweise verfügt die Antriebsvorrichtung über einen Elektromotor. Dieser ist als Traktionsantrieb betreibbar, um das Fahrzeug anzutreiben. Bedarfsweise kann der Elektromotor auch als Generator antreibbar sein. Zudem verfügt die Antriebsvorrichtung vorzugsweise über ein Planetengetriebe, das mit diesem Elektromotor gekoppelt ist. Das Schaltelement ist hierbei vorzugsweise so mit Elementen des Planetengetriebes und des Elektromotors koppelbar, dass sich in den drei Stellpositionen des Schaltelements unterschiedliche Übersetzungen und/oder Kopplungsverhältnisse des Planetengetriebes mit dem Elektromotor ergeben. Diese bilden dann die besagten Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung.The drive device preferably has an electric motor. This can be operated as a traction drive in order to drive the vehicle. If required, the electric motor can also be driven as a generator. In addition, the drive device preferably has a planetary gear which is coupled to this electric motor. The switching element can preferably be coupled to elements of the planetary gear and the electric motor in such a way that different translations and/or coupling ratios of the planetary gear to the electric motor result in the three setting positions of the switching element. These then form the said drive modes of the drive device.

Die Antriebsvorrichtung ist insbesondere als Antriebsmodul ausgebildet. Somit kann das Antriebsmodul als Einheit vormontiert sein. Dadurch kann es als Einheit in einen Antriebsstang des Fahrzeugs eingebaut werden. Beispielsweise kann es an ein Getriebe des Fahrzeugs angeflanscht werden, um den mit dem Getriebe ausgestatteten Antriebsstrang zu einem Hybridantriebsstrang auszubilden oder umzurüsten. Dies erleichtert die Herstellung und den Einbau der Antriebsvorrichtung.The drive device is designed in particular as a drive module. The drive module can thus be preassembled as a unit. This allows it to be installed as a unit in a drive train of the vehicle. For example, it can be flanged onto a transmission of the vehicle in order to form or convert the drive train equipped with the transmission into a hybrid drive train. This facilitates the manufacture and installation of the drive device.

Bei der Antriebsvorrichtung kann es sich um ein Hybridfahrzeuggetriebe handeln, das gemäß 5 oder 6 der DE 10 2009 046 366 A1 ausgebildet ist. Die diesbezügliche Offenbarung wird hiermit ausdrücklich per Verweis aufgenommen, insbesondere die zugehörigen Erläuterungen in den dortigen Absätzen [0041] bis [0049]. Der vorgeschlagene Stellzylinder wird dort vorzugsweise zur Betätigung des formschlüssigen Schaltelements mit dem Bezugszeichen 8 eingesetzt.The drive device can be a hybrid vehicle transmission according to 5 or 6 the DE 10 2009 046 366 A1 out of is formed. The relevant disclosure is hereby expressly incorporated by reference, in particular the associated explanations in paragraphs [0041] to [0049] there. The proposed actuating cylinder is preferably used there to actuate the positive-locking switching element with the reference number 8 .

Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1 ein Längsschnitt durch einen Stellzylinder mit drei Stellpositionen,
2 eine Teilansicht eines Längsschnittes durch eine Antriebsvorrichtung.

The invention is explained in more detail below with reference to figures from which preferred embodiments of the invention can be inferred. In each case, a schematic representation shows:

1 a longitudinal section through a positioning cylinder with three positioning positions,
2 a partial view of a longitudinal section through a drive device.

In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or at least functionally identical components are provided with the same reference symbols.

1 zeigt den Stellzylinder in einem Längsschnitt, wobei eine untere Hälfte zur besseren Übersicht nicht gezeigt ist. Diese untere Hälfte ist vorzugsweise identisch zur gezeigten oberen Hälfte ausgebildet. Die Längsachse L des Stellzylinders verläuft horizontal durch 1 und teilt diesen in die gezeigt obere Hälfte und die nichtgezeigte untere Hälfte. Die axiale Richtung des Stellzylinders verläuft in oder entlang der Längsachse L, wohingegen die radiale Richtung senkrecht zur Längsachse L verläuft. 1 shows the actuating cylinder in a longitudinal section, with a lower half not being shown for a better overview. This lower half is preferably designed identically to the upper half shown. The longitudinal axis L of the actuating cylinder runs horizontally through 1 and divides it into the upper half shown and the lower half not shown. The axial direction of the adjusting cylinder runs in or along the longitudinal axis L, whereas the radial direction runs perpendicular to the longitudinal axis L.

Der Stellzylinder weist drei stabile Stellposition auf: eine erste Endposition A und eine zweite Endposition B und eine Mittelposition C, die zwischen diesen beiden Endpositionen A, B liegt.The adjusting cylinder has three stable adjusting positions: a first end position A and a second end position B and a middle position C, which lies between these two end positions A, B.

Der Stellzylinder weist einen Gehäusekörper 1 auf. Der Gehäusekörper 1 besteht insbesondere aus mehreren Teilen, wie dem Deckelteil 11 und dem Rückteil 12, um eine Montierbarkeit des Stellzylinders zu erreichen oder zu erleichtern. Hierzu kann der Gehäusekörper 1 auch weitere oder andere Trennebenen und entsprechende Gehäuseelemente aufweisen.The actuating cylinder has a housing body 1 . The housing body 1 consists in particular of several parts, such as the cover part 11 and the rear part 12, in order to achieve or facilitate assembly of the actuating cylinder. For this purpose, the housing body 1 can also have additional or other parting planes and corresponding housing elements.

Der Gehäusekörper 1 nimmt einen ersten Ringkolben 2 und einen zweiten Ringkolben 3 und einen Betätigungskolben 4 auf. Die Kolben 2, 3, 4 sind im Gehäusekörper 1 axial beweglich geführt. Die Stellbewegung des Stellzylinders ist an dem Betätigungskolben 4 abgreifbar. Beispielsweise kann daran eine Schaltgabel 5 angeordnet sein, mit der ein Schaltelement bewegbar ist - siehe beispielsweise 2.The housing body 1 accommodates a first annular piston 2 and a second annular piston 3 and an actuating piston 4 . The pistons 2, 3, 4 are guided in the housing body 1 in an axially movable manner. The actuating movement of the actuating cylinder can be tapped off at the actuating piston 4 . For example, a shift fork 5 can be arranged on it, with which a shift element can be moved—see, for example 2 .

Jeder Ringkolben 2, 3 ist innerhalb eines eigenen ringförmigen Druckraums 21, 31 axial bewegbar geführt. Der erste Druckraum 21 ist nach radial innen durch den Betätigungskolben 4 begrenzt und nach radial außen durch einen Vorsprung 13 des Gehäusekörpers 1. Der zweite Druckraum 31 ist radial innen durch den Betätigungskolben 4 begrenzt und radial außen durch die Außenwandung des Gehäusekörpers 1. Am Gehäusekörper 1 und Betätigungskolben 4 befinden sich daher die axial verlaufenden Laufflächen für die Ringkolben 2, 3. Nach axial außen sind die Druckräume 21, 31 durch den Gehäusekörper 1 und jeweils eine zwischen Gehäusekörper 1 und Betätigungselement 4 wirksame Dichtung abgedichtet und begrenzt. Die Ringkolben 2, 3 verfügen über Dichtungen 22, 32, um den jeweiligen Druckraum 21, 31 axial seitens des Ringkolbens 2, 3 abzudichten.Each annular piston 2, 3 is guided in an axially movable manner within its own annular pressure chamber 21, 31. The first pressure chamber 21 is delimited radially inward by the actuating piston 4 and radially outward by a projection 13 of the housing body 1. The second pressure chamber 31 is delimited radially inward by the actuating piston 4 and radially outward by the outer wall of the housing body 1. On the housing body 1 and actuating piston 4 are therefore the axial running surfaces for the ring pistons 2, 3. Toward the axial outside, the pressure chambers 21, 31 are sealed and delimited by the housing body 1 and an effective seal between the housing body 1 and the actuating element 4. The annular pistons 2, 3 have seals 22, 32 in order to seal the respective pressure chamber 21, 31 axially on the side of the annular piston 2, 3.

Für jeden Druckraum 21, 31 ist ein Anschluss 24, 34 vorgesehen. Darüber ist dem jeweiligen Druckraum 21, 31 das Arbeitsfluid des Stellzylinders mit einem Fluiddruck zuführbar. Ebenso ist darüber das Arbeitsfluid und der Fluiddruck aus den Druckräumen 21, 31 entnehmbar. Diese Zuführung und Abführung erfolgt insbesondere durch ein oder mehrere nicht gezeigte Ventile, die mit einer Druckquelle verbunden sind. Als Arbeitsfluid wird insbesondere Luft oder Hydraulikfluid eingesetzt.A connection 24 , 34 is provided for each pressure chamber 21 , 31 . In addition, the respective pressure chamber 21, 31 can be supplied with the working fluid of the actuating cylinder at a fluid pressure. The working fluid and the fluid pressure from the pressure chambers 21, 31 can also be removed via this. This supply and discharge takes place in particular through one or more valves, not shown, which are connected to a pressure source. In particular, air or hydraulic fluid is used as the working fluid.

Der erste Ringkolben 2 weist einen im Vergleich zum zweiten Ringkolben 3 geringeren Durchmesser auf. Entsprechendes gilt für die Druckräume 21, 31. Zudem befindet sich der erste Druckraum 21 radial innerhalb des zweiten Druckraums 31. Somit ist auch der erste Ringkolben 2 radial innerhalb des zweiten Ringkolbens 3 bewegbar. Dadurch ergibt sich ein verschachtelter Aufbau des Stellzylinders. Die Baulänge des Stellzylinders ist dadurch reduziert. Aus diesem Grund kann der erste Ringkolben 2 auch als Innenkolben bezeichnet werden und der zweite Ringkolben 3 als Außenkolben. Der Betätigungskolben 4 kann auch als Hauptkolben bezeichnet werden.The first annular piston 2 has a smaller diameter than the second annular piston 3 . The same applies to the pressure chambers 21, 31. In addition, the first pressure chamber 21 is located radially inside the second pressure chamber 31. The first annular piston 2 can therefore also be moved radially inside the second annular piston 3. This results in a nested structure of the actuating cylinder. The overall length of the actuating cylinder is reduced as a result. For this reason, the first annular piston 2 can also be referred to as the inner piston and the second annular piston 3 as the outer piston. The actuating piston 4 can also be referred to as the main piston.

Axial gegenüberliegend zum ersten Druckraum 21 befindet sich ein erster Hohlraum 23 im Betätigungskolben 4. Axial gegenüberliegend zum zweiten Druckraum 31 befindet sich ein zweiter Hohlraum 33 im Gehäusekörper 1. Die Hohlräume 23, 33 sind vorzugsweise mit einer Umgebung verbunden, sodass sie stets entlüftet sind und darin ein Umgebungsdruck vorliegt. Die Hohlräume 23, 33 können miteinander verbunden sein, sodass darin stets derselbe Druck vorliegt. Diese Verbindung kann über den radial zwischen Betätigungskolben 4 und Vorsprung 13 vorliegenden Ringspalt erfolgen.A first cavity 23 is located in the actuating piston 4 axially opposite the first pressure chamber 21. A second cavity 33 is located in the housing body 1 axially opposite the second pressure chamber 31. The cavities 23, 33 are preferably connected to an environment, so that they are always vented and there is an ambient pressure. The cavities 23, 33 can be connected to one another, so that the pressure in them is always the same. This connection can take place via the annular gap present radially between the actuating piston 4 and the projection 13 .

Für den ersten Ringkolben 2 ist ein erster gehäusefester Anschlag 14 vorgesehen. Dieser begrenzt die axiale Beweglichkeit des ersten Ringkolbens 2, sodass dieser in Richtung der Endposition A nur bis maximal zur Mittelposition C des Betätigungskolbens 4 bewegbar ist. Für den zweiten Ringkolben 3 ist ein zweiter gehäusefester Anschlag 15 vorgesehen. Dieser begrenzt die axiale Beweglichkeit des zweiten Ringkolbens 3, sodass dieser in Richtung der Endposition B bis maximal zur Mittelposition C des Betätigungskolbens 4 bewegbar ist. Der erste gehäusefeste Anschlag 15 ist an dem Vorsprung 13 angeordnet und wird beispielsweise durch einen Sicherungsring gebildet. Der Anschlag 15 wird beispielsweise durch das Rückteil 12 gebildet. Er kann aber auch auf andere Weise gebildet sein, wie beispielsweise auch aus einem Sicherungsring.A first stop 14 fixed to the housing is provided for the first annular piston 2 . This limits the axial mobility of the first ring piston 2 so that it moves in the direction of the end position A is only movable up to a maximum of the middle position C of the actuating piston 4. A second stop 15 fixed to the housing is provided for the second annular piston 3 . This limits the axial mobility of the second annular piston 3 so that it can be moved in the direction of the end position B up to a maximum of the middle position C of the actuating piston 4 . The first housing-fixed stop 15 is arranged on the projection 13 and is formed, for example, by a retaining ring. The stop 15 is formed by the rear part 12, for example. But it can also be formed in other ways, such as from a locking ring.

Auch der Betätigungskolben 4 weist zwei Anschläge 41, 42 für die Kolben 2, 3 auf. Der erste Anschlag 41 dient dem ersten Ringkolben 2. Er ist so am Kolben 4 angeordnet, dass sich der erste Ringkolben 2 bei einer Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums 21 mit einem Betätigungsdruck daran anlegt. Dadurch treibt der erste Ringkolben 2 den Betätigungskolben 4 sodann axial in Richtung der ersten Endposition A. Der zweite Anschlag 42 dient hingegen dem zweiten Ringkolben 3. Er ist so am Kolben 4 angeordnet, dass sich der zweite Ringkolben 3 bei einer Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraums 31 mit einem Betätigungsdruck daran anlegt. Dadurch treibt der zweite Ringkolben 3 den Betätigungskolben 4 sodann axial in Richtung der zweiten Endposition B.The actuating piston 4 also has two stops 41, 42 for the pistons 2, 3. The first stop 41 serves the first annular piston 2. It is arranged on the piston 4 in such a way that the first annular piston 2 bears against it when the first pressure chamber 21 is pressurized with an actuating pressure. As a result, the first annular piston 2 then drives the actuating piston 4 axially in the direction of the first end position A. The second stop 42, on the other hand, serves the second annular piston 3. It is arranged on the piston 4 in such a way that the second annular piston 3 moves when pressure is applied to the second pressure chamber 31 applied to it with an actuating pressure. As a result, the second annular piston 3 then drives the actuating piston 4 axially in the direction of the second end position B.

Der erste Ringkolben 2 bildet innerhalb des ersten Druckraums 21 eine erste wirksame Angriffsfläche für den darin vorliegenden Druck. Diese erste Angriffsfläche erzeugt in Verbindung mit dem im ersten Druckraum 21 vorliegenden Druck eine erste Druckkraft F1. Diese erste Druckkraft F1 wirkt auf den ersten Ringkolben 2 und treibt diesen axial in Richtung erster Endposition A.The first annular piston 2 forms within the first pressure chamber 21 a first effective contact surface for the pressure present therein. In conjunction with the pressure present in the first pressure chamber 21, this first contact surface generates a first compressive force F1. This first compressive force F1 acts on the first annular piston 2 and drives it axially in the direction of the first end position A.

Zudem weist der Betätigungskolben 4 selbst innerhalb des ersten Druckraums 21 eine zweite wirksame Angriffsfläche für den darin vorliegenden Fluiddruck auf. Diese weitere wirksame Angriffsfläche wird durch einen Absatz 43 des Betätigungskolbens 4 innerhalb des ersten Druckraums 21 gebildet, also durch eine dortige Durchmesseränderung des Betätigungskolbens 4. Diese zweite Angriffsfläche erzeugt in Verbindung mit dem im ersten Druckraum 21 vorliegenden Druck eine zweite Druckkraft F2. Diese zweite Druckkraft F2 wirkt unmittelbar auf den Betätigungskolbens 4 und treibt ihn axial in Richtung erster Endposition A.In addition, the actuating piston 4 itself has a second effective contact surface within the first pressure chamber 21 for the fluid pressure present therein. This further effective contact surface is formed by a shoulder 43 of the actuating piston 4 within the first pressure chamber 21, i.e. by a change in the diameter of the actuating piston 4 there. This second contact surface generates a second compressive force F2 in conjunction with the pressure present in the first pressure chamber 21. This second compressive force F2 acts directly on the actuating piston 4 and drives it axially in the direction of the first end position A.

Der zweite Ringkolben 3 bildet innerhalb des zweiten Druckraums 31 eine dritte wirksame Angriffsfläche für den darin vorliegenden Fluiddruck. Diese dritte Angriffsfläche erzeugt in Verbindung mit dem im zweiten Druckraum 31 vorliegenden Druck eine dritte Druckkraft F3. Diese dritte Druckkraft F3 wirkt auf den zweiten Ringkolben 3 und treibt ihn axial in Richtung zweiten Endposition B.The second annular piston 3 forms within the second pressure chamber 31 a third effective contact surface for the fluid pressure present therein. In connection with the pressure present in the second pressure chamber 31, this third contact surface generates a third pressure force F3. This third compressive force F3 acts on the second annular piston 3 and drives it axially in the direction of the second end position B.

Zudem weist der Betätigungskolben 4 selbst innerhalb des zweiten Druckraums 31 eine vierte wirksame Angriffsfläche für den darin vorliegenden Fluiddruck auf. Diese weitere wirksame Angriffsfläche wird durch einen Absatz 44 des Betätigungskolbens 4 innerhalb des zweiten Druckraums 31 gebildet, also durch eine dortige Durchmesseränderung des Betätigungskolbens 4. Diese vierte Angriffsfläche erzeugt in Verbindung mit dem im zweiten Druckraum 31 vorliegenden Druck eine vierte Druckkraft F4. Diese vierte Druckkraft F4 wirkt unmittelbar auf den Betätigungskolbens 4 und treibt ihn axial in Richtung zweiter Endposition B.In addition, the actuating piston 4 itself has a fourth effective contact surface within the second pressure chamber 31 for the fluid pressure present therein. This further effective contact surface is formed by a shoulder 44 of the actuating piston 4 within the second pressure chamber 31, i.e. by a change in the diameter of the actuating piston 4 there. This fourth contact surface generates a fourth compressive force F4 in conjunction with the pressure present in the second pressure chamber 31. This fourth compressive force F4 acts directly on the actuating piston 4 and drives it axially in the direction of the second end position B.

Die Wirkrichtungen der Druckkräfte F1, F2, F3, F4 sind in 1 durch Pfeile angedeutet. Draus ist erkennbar, dass die Druckkräfte F1, F2 entgegengesetzt zu den Druckkräften F3, F4 wirken.The effective directions of the compressive forces F1, F2, F3, F4 are in 1 indicated by arrows. It can be seen from this that the compressive forces F1, F2 act in opposition to the compressive forces F3, F4.

Um ein sicheres Anfahren der Mittelposition zu erreichen sind die Angriffsfläche so dimensioniert, dass sich folgende Kräfteverhältnisse beim Anlegen eines identischen Betätigungsdrucks in den Druckräumen 21, 31 ergeben: F1 >F4 und F3>F2 und F1-F3 und F2-F4.In order to achieve safe approach to the middle position, the contact surfaces are dimensioned such that the following force ratios result when an identical actuating pressure is applied in the pressure chambers 21, 31: F1>F4 and F3>F2 and F1-F3 and F2-F4.

Die erste Endposition A ist dann erreicht, wenn sich der Betätigungskolbens 4 axial mit dem zweiten Absatz 44 an den Gehäusekörper 1 anlegt, insbesondere an das Deckelteil 11. Die zweite Endposition A ist dann erreicht, wenn sich der Betätigungskolbens 4 axial mit dem ersten Absatz 43 an den Gehäusekörper 1 anlegt, insbesondere an das Rückteil 11. Bei Bedarf können allerdings anstelle der Absätze 43, 44 auch andere Elemente des oder am Betätigungskolben 4 genutzt werden, beispielsweise können ein oder mehrere Sicherungsringe am Betätigungskolbens 4 als Anschläge für den Betätigungskolben 4 in den Endpositionen A, B genutzt werden.The first end position A is reached when the actuating piston 4 comes into contact axially with the second step 44 on the housing body 1, in particular against the cover part 11. The second end position A is reached when the actuating piston 4 moves axially with the first step 43 to the housing body 1, in particular to the rear part 11. If necessary, however, other elements of or on the actuating piston 4 can be used instead of the shoulders 43, 44, for example one or more retaining rings on the actuating piston 4 can be used as stops for the actuating piston 4 in the End positions A, B are used.

Die Arbeitsweise des Stellzylinders ist wie folgt:The operation of the positioning cylinder is as follows:

Zum Anfahren der ersten Endposition A des Betätigungskolbens 4 wird der erste Druckraum 21 mit einem höheren Druck (Betätigungsdruck) beaufschlagt, als im zweiten Druckraum 31 vorliegt. Insbesondere wird der zweite Druckraum 31 hierbei entlüftet. Somit ergibt sich das Kräfteverhältnis F1+F2 > F3+F4. Der erste Ringkolben 2 wird durch F1 axial innerhalb des ersten Druckraums 21 und gegen den Anschlag 41 des Betätigungskolbens 4 bewegt. Dadurch treibt der Kolben 2 den Betätigungskolben 4 mit der Kraft F1 axial in Richtung erster Endposition A. Gleichzeitig treibt die Kraft F2 am Absatz 43 den Betätigungskolben 4 unmittelbar axial in Richtung erster Endposition A. Sobald der Betätigungskolben 4 die Mittelposition C erreicht, legt sich der erste Ringkolben 2 an den ersten gehäusefesten Anschlag 14 an. Dadurch stützt nun der Gehäusekörper 1 die Druckkraft F1 des Kolbens 2 ab, und diese treibt nun nicht weiter den Kolben 4 an. Der Kolben 4 wird sodann nur noch von der Kraft F2 des Absatzes 43 in Richtung erster Endposition A getrieben, solange bis er diese erreicht. Hier legt sich der Absatz 44 an den Gehäusekörper 1 an und stoppt die weitere Bewegung des Kolbens 4 - die erste Endposition A ist erreicht. Bei der Bewegung des Kolbens 4 in die Endposition A taucht der Vorsprung 13 aus dem Hohlraum 23 aus. Ebenso taucht hierbei der Kolben 4 aus dem Hohlraum 33 aus.To approach the first end position A of the actuating piston 4 , the first pressure chamber 21 is subjected to a higher pressure (actuating pressure) than is present in the second pressure chamber 31 . In particular, the second pressure chamber 31 is vented here. This results in the power ratio F1+F2 > F3+F4. The first annular piston 2 is moved axially within the first pressure chamber 21 and against the stop 41 of the actuating piston 4 by F1. As a result, the piston 2 drives the actuating piston 4 with the force F1 axially in the direction of the first end position A. At the same time, the force F2 at the shoulder 43 drives the actuating piston 4 directly axially in the direction first end position A. As soon as the actuating piston 4 reaches the middle position C, the first annular piston 2 rests against the first stop 14 fixed to the housing. As a result, the housing body 1 now supports the compressive force F1 of the piston 2, and this now no longer drives the piston 4. The piston 4 is then driven in the direction of the first end position A only by the force F2 of the shoulder 43 until it reaches it. Here the shoulder 44 rests against the housing body 1 and stops further movement of the piston 4 - the first end position A is reached. When the piston 4 moves into the end position A, the projection 13 emerges from the cavity 23 . The piston 4 emerges from the cavity 33 in the same way.

Zum Anfahren der zweiten Endposition B des Betätigungskolbens 4 wird der zweite Druckraum 31 mit einem höheren Druck (Betätigungsdruck) beaufschlagt, als im ersten Druckraum 21 vorliegt. Insbesondere wird der erste Druckraum 21 hierbei entlüftet. Somit ergibt sich das Kräfteverhältnis F3+F4 > F1 +F2. Der zweite Ringkolben 3 wird durch F3 axial innerhalb des zweiten Druckraums 31 und gegen den Anschlag 42 des Betätigungskolbens 4 bewegt. Daraufhin treibt der Kolben 3 den Betätigungskolben 4 mit der Kraft F3 axial in Richtung zweiter Endposition B. Gleichzeitig treibt die Kraft F4 am Absatz 44 den Betätigungskolben 4 unmittelbar axial in Richtung zweiter Endposition B. Sobald der Betätigungskolben 4 die Mittelposition C erreicht, legt sich der zweite Ringkolben 3 an den zweiten gehäusefesten Anschlag 15 an. Dadurch stützt der Gehäusekörper 1 die Druckkraft F3 ab, und diese treibt nun nicht weiter den Kolben 4 an. Der Kolben 4 wird sodann nur noch von der Kraft F4 in Richtung zweiter Endposition B getrieben, solange bis er diese erreicht. Hier legt sich der Absatz 43 an den Gehäusekörper 1 an und stoppt die weitere Bewegung des Kolbens 4 - die zweite Endposition B ist erreicht. Bei der Bewegung des Kolbens 4 in die Endposition B taucht der Vorsprung 13 in den Hohlraum 23 ein. Ebenso taucht hierbei der Kolben 4 in den Hohlraum 33 ein.To approach the second end position B of the actuating piston 4 , the second pressure chamber 31 is subjected to a higher pressure (actuating pressure) than is present in the first pressure chamber 21 . In particular, the first pressure chamber 21 is vented here. This results in the power ratio F3+F4 > F1 +F2. The second annular piston 3 is moved axially within the second pressure chamber 31 and against the stop 42 of the actuating piston 4 by F3. The piston 3 then drives the actuating piston 4 axially in the direction of the second end position B with the force F3. At the same time, the force F4 at shoulder 44 drives the actuating piston 4 directly axially in the direction of the second end position B. As soon as the actuating piston 4 reaches the middle position C, the second annular piston 3 to the second stop 15 fixed to the housing. As a result, the housing body 1 supports the compressive force F3, and this now no longer drives the piston 4. The piston 4 is then only driven by the force F4 in the direction of the second end position B until it reaches it. Here the shoulder 43 rests against the housing body 1 and stops further movement of the piston 4 - the second end position B is reached. When the piston 4 moves into the end position B, the projection 13 enters the cavity 23 . The piston 4 also dips into the cavity 33 here.

Zum Anfahren der Mittelposition C des Betätigungskolbens 4 werden der erste und zweite Druckraum 21, 31 mit einem im Wesentlichen identischen Fluiddruck (Betätigungsdruck) beaufschlagt. Somit ergibt sich das Kräfteverhältnis F3+F4 ~ F1 +F2. Dies bewirkt eine Bewegung des Kolbens 4 in die Mittelposition C. Die hierbei stattfindenden Abläufe und Bewegungen innerhalb des Stellzylinders werden im Folgenden beispielhaft für den Fall erläutert, dass sich der Kolben 4 zunächst in der ersten Endposition A befindet. Die Abläufe und Bewegungen für den Fall, dass sich der Kolben 4 zunächst in der zweiten Endposition B befindet, sind analog.In order to move to the center position C of the actuating piston 4, the first and second pressure chambers 21, 31 are subjected to a substantially identical fluid pressure (actuating pressure). This results in the power ratio F3+F4 ~ F1 +F2. This causes the piston 4 to move into the middle position C. The processes and movements that take place within the actuating cylinder are explained below as an example for the case that the piston 4 is initially in the first end position A. The sequences and movements in the event that the piston 4 is initially in the second end position B are analogous.

In der ersten Endposition A des Kolbens 4 liegt der erste Ringkolben 2 am zugehörigen ersten gehäusefesten Anschlag 14 an. Dadurch wird die von Kolben 2 bewirkte Druckkraft F1 vom Gehäusekörper 1 abgestützt, und diese Druckkraft F1 steht nicht zur Bewegung des Kolbens 4 zur Verfügung. Der zweite Ringkolben 3 wird durch die Druckkraft F3 gegen den Anschlag 42 des Betätigungskolbens 4 bewegt. Daraufhin treibt er den Betätigungskolben 4 mit der Kraft F3 axial in Richtung zweiter Endposition B. Gleichzeitig treibt auch die Druckkraft F4 am Absatz 44 den Betätigungskolben 4 in Richtung zweiter Endposition B. Die entgegengesetzt wirkende Druckkraft F2 am Absatz 43 ist demgegenüber relativ gering. Somit ergibt sich zunächst das unausgeglichene Kräfteverhältnis F3+F4 > F2. Dieses treibt den Betätigungskolben 4 aus der ersten Endposition A in die Mittelposition C. Sobald der Kolben 4 zusammen mit dem Ringkolben 3 die Mittelposition C erreicht, legt sich der zweite Ringkolben 3 am zugehörigen zweiten gehäusefesten Anschlag 15 an. Dadurch wird auch die von diesem Ringkolben 3 bewirkte Druckkraft F3 vom Gehäusekörper 1 abgestützt, und diese Druckkraft F3 steht nicht mehr zur Bewegung des Kolbens 4 zur Verfügung. Somit ergibt sich in der Mittelposition C das im Wesentlichen ausgeglichene Kräfteverhältnis F4 ~ F2.In the first end position A of the piston 4, the first annular piston 2 rests against the associated first stop 14 fixed to the housing. As a result, the pressing force F1 caused by the piston 2 is supported by the housing body 1, and this pressing force F1 is not available for the movement of the piston 4. The second annular piston 3 is moved against the stop 42 of the actuating piston 4 by the compressive force F3. It then drives the actuating piston 4 axially in the direction of the second end position B with the force F3. At the same time, the compressive force F4 on shoulder 44 also drives the actuating piston 4 in the direction of the second end position B. In contrast, the compressive force F2 acting in the opposite direction on shoulder 43 is relatively small. This initially results in the unbalanced balance of power F3+F4 > F2. This drives the actuating piston 4 from the first end position A into the middle position C. As soon as the piston 4 together with the annular piston 3 reaches the middle position C, the second annular piston 3 rests against the associated second stop 15 fixed to the housing. As a result, the compressive force F3 caused by this annular piston 3 is also supported by the housing body 1, and this compressive force F3 is no longer available for moving the piston 4. Thus, in the central position C, the essentially balanced ratio of forces F4˜F2 results.

Jede (weitere) Auslenkung des Kolbens 4 aus der Mittelposition C in Richtung eine der beiden Endpositionen A, B bewirkt nun, dass es zu einer Mitnahme des jeweiligen Ringkolbens 2, 3 durch den zugehörigen Anschlag 43, 44 kommt. Dadurch hebt sich dieser Ringkolben 2, 4 vom zugehörigen gehäusefesten Anschlag 14, 15 ab. Folglich stützt der Gehäusekörper 1 die von diesem Ringkolben 2, 4 erzeugte Druckkraft F1, F3 nicht mehr ab. Es entsteht dann das besagte unausgeglichene Kräfteverhältnis, das den Kolben 4 wieder zurück in die Mittelposition C treibt.Each (further) deflection of the piston 4 from the middle position C in the direction of one of the two end positions A, B now causes the respective annular piston 2, 3 to be entrained by the associated stop 43, 44. As a result, this ring piston 2, 4 lifts off from the associated stop 14, 15 fixed to the housing. Consequently, the housing body 1 no longer supports the compressive force F1, F3 generated by this annular piston 2, 4. The aforesaid unbalanced relationship of forces then arises, which drives the piston 4 back into the central position C again.

Es ist hieraus ersichtlich, dass die durch die Absätze 43, 44 erzeugten Druckkräfte F2, F3 nicht vollkommen identisch sein müssen, um den Kolben 4 in die Positionen A, B, C zu bewegen und insbesondere in der Mittelposition C zu halten. Auch ist es hieraus ersichtlich, dass die Fluiddrücke in den beiden Druckräumen 21, 31 nicht vollkommen identisch sein müssen, um den Kolben 4 in die Mittelpositionen C zu bewegen und dort zu halten. Sofern bei einer Druckbeaufschlagung der beiden Druckräume 21, 31 für die Druckkräfte F1 > F4 und F3 > F2 gilt, wird der Kolben 4 stets in die Mittelposition C gedrängt und dort gehalten.It can be seen from this that the compressive forces F2, F3 generated by the shoulders 43, 44 do not have to be completely identical in order to move the piston 4 to the positions A, B, C and, in particular, to hold it in the middle position C. It can also be seen from this that the fluid pressures in the two pressure chambers 21, 31 do not have to be completely identical in order to move the piston 4 into the central positions C and hold it there. If, when pressure is applied to the two pressure chambers 21, 31, the pressure forces F1>F4 and F3>F2 apply, the piston 4 is always pushed into the center position C and held there.

Sofern eine an dem Kolben 4 angreifende externe Last die resultierenden Druckkräfte aus F1+F2 in der ersten Endposition A oder F3+F4 in der zweiten Endposition B oder F1 +F2-F4 beziehungsweise F3+F4-F2 in der Mittelposition C nicht überschreitet, bleibt der Kolben 4 stabil in dieser Position A, B, C stehen. Es handelt sich hierbei also um drei stabile Stellpositionen des Stellzylinders.If an external load acting on the piston 4 does not exceed the resulting compressive forces from F1+F2 in the first end position A or F3+F4 in the second end position B or F1+F2-F4 or F3+F4-F2 in the middle position C, it remains the piston 4 stable in this position A, B, C standing. So these are three stable setting positions of the setting cylinder.

Die Montagereihenfolge des in 1 gezeigten Stellzylinders ist vorzugsweise wie folgt:

1. Der Innenkolben 2 wird mit zusammen mit den Dichtungen 22 in das Rückteil 12 des Gehäusekörpers 1 eingesetzt.
2. Der Sicherungsring 14 wird an den Vorsprung 13 montiert.
3. Der Hauptkolben 4 wird in das Rückteil 12 des Gehäusekörpers 1 eingesetzt.
4. Der Außenkolben 3 wird zusammen mit den Dichtungen 32 in das Rückteil 12 des Gehäusekörpers 1 eingesetzt.
5. Das Deckelteil 11 wird auf das Rückteil 12 aufgesetzt. Dadurch ist die Montage des Stellzylinders abgeschlossen.

The assembly order of the in 1 shown actuating cylinder is preferably as follows:

1. The inner piston 2 is inserted into the rear part 12 of the housing body 1 together with the seals 22 .
2. The snap ring 14 is fitted to the boss 13.
3. The main piston 4 is inserted into the rear part 12 of the housing body 1.
4. The outer bulb 3 is inserted into the rear part 12 of the housing body 1 together with the seals 32 .
5. The cover part 11 is placed on the back part 12. This completes the assembly of the actuating cylinder.

Bei Verwendung des Stellzylinders in einem Aktorsystem für ein Getriebe oder eine Antriebsvorrichtung können folgende Schritte nachfolgen:

6. Das Aktorsystem mit dem Stellzylinder wird in das Getriebe montiert.
7. Die Schaltgabel 5 wird in eine Schaltmuffe des Getriebes oder der Antriebsvorrichtung eingelegt und mit dem Aktorsystem axial verbunden, beispielsweise verschraubt. Dadurch ist die Schaltgabel 5 durch den Stellzylinder in drei Positionen bewegbar.

When using the actuating cylinder in an actuator system for a gearbox or a drive device, the following steps can follow:

6. The actuator system with the actuating cylinder is installed in the gearbox.
7. The shift fork 5 is inserted into a shift sleeve of the transmission or the drive device and axially connected to the actuator system, for example screwed. As a result, the shift fork 5 can be moved into three positions by the actuating cylinder.

Der gehäusefeste Anschlag 14 ist in 1 durch einen Sicherungsring realisiert. Hierzu kann auch ein anderes axiales Sicherungselement sein, wie beispielsweise ein angeschraubtes Gehäuseteil. Anstatt des Sicherungsrings kann auch ein fester Gehäuseanschlag realisiert werden. Dann wird vorzugsweise der hintere Gehäusebereich (rechts in 1) als Gehäusedeckel realisiert, um eine Montage des Stellzylinders zu ermöglichen. Dies kann sinnvoll, da übliche Sicherungsringe keine großen axialen Kräfte aufnehmen können. In diesem Fall ist dann statt des Schrittes 2 ein Schritt zur Montage dieses Gehäusedeckels notwendig.The housing-fixed stop 14 is in 1 realized by a locking ring. Another axial securing element, such as a screwed-on housing part, can also be used for this purpose. A fixed housing stop can also be implemented instead of the retaining ring. Then preferably the rear housing area (on the right in 1 ) implemented as a housing cover in order to enable the actuating cylinder to be installed. This can make sense, since conventional circlips cannot absorb large axial forces. In this case, instead of step 2, a step for installing this housing cover is necessary.

2 zeigt eine beispielhafte Anwendung des Stellzylinders bei einer Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung weist einen Elektromotor 6 und ein Planetengetriebe 7 und ein formschlüssiges Schaltelement 8 zum Einstellen von drei unterschiedlichen Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung auf. Diese Bauelemente 6, 7, 8 sind innerhalb eines Gehäuses 9 der Antriebsvorrichtung angeordnet. Zur Betätigung des Schaltelements 8 ist der Stellzylinder aus 1 vorgesehen. Der Elektromotor 6 ist als Traktionsantrieb einsetzbar, um das Fahrzeug anzutreiben. Bedarfsweise ist er als Generator einsetzbar, um beispielsweise einen elektrischen Energiespeicher aufzuladen. 2 shows an exemplary application of the actuating cylinder in a drive device for electrically driving a vehicle, in particular a motor vehicle. The drive device has an electric motor 6 and a planetary gear 7 and a positive-locking switching element 8 for setting three different drive modes of the drive device. These components 6, 7, 8 are arranged within a housing 9 of the drive device. To actuate the switching element 8, the actuating cylinder is off 1 intended. The electric motor 6 can be used as a traction drive to drive the vehicle. If necessary, it can be used as a generator, for example to charge an electrical energy store.

Der drehbare Rotor 61 des Elektromotors 6 ist mit dem Sonnenrad 71 des Planetengetriebes 7 drehfest gekoppelt. Das Sonnenrad 71 kämmt mit Planetenräder 72 des Planetengetriebes 7. Die Planetenräder 72 sind drehbar auf einem Planetenträger 73 (Steg) des Planetengetriebes 7 angeordnet. Radial außen kämmen die Planetenräder 72 mit einem Hohlrad 74 des Planetengetriebes 7. Der Planetenträger 73 ist mit einer drehbaren Antriebswelle 100 der Antriebsvorrichtung drehfest gekoppelt. Das Hohlrad 74 ist drehbar zur Antriebswelle 100 gelagert.The rotatable rotor 61 of the electric motor 6 is coupled to the sun gear 71 of the planetary gear 7 in a torque-proof manner. The sun gear 71 meshes with the planetary gears 72 of the planetary gear 7. The planetary gears 72 are rotatable on a planetary carrier 73 (bar) of the planetary gear 7 arranged. The planet gears 72 mesh radially on the outside with a ring gear 74 of the planetary gear 7. The planet carrier 73 is coupled in a torque-proof manner to a rotatable drive shaft 100 of the drive device. Ring gear 74 is rotatably mounted relative to drive shaft 100 .

Durch das Schaltelement 8 ist das Hohlrad 74 wahlweise mit dem Gehäuse 9 drehfest koppelbar und mit der Antriebswelle 10 drehfest koppelbar und von diesen beiden entkoppelbar, sodass das Hohlrad 74 frei drehbar ist. Das Schaltelement 8 verfügt hierzu über eine axial in drei Stellpositionen bewegbare Schaltmuffe 81. Die Schaltmuffe 8 ist hierbei durch Formschluss stets drehfest mit dem Hohlrad 74 gekoppelt.By means of the switching element 8, the ring gear 74 can be selectively coupled in a rotationally fixed manner to the housing 9 and to the drive shaft 10 in a rotationally fixed manner and can be decoupled from both of them, so that the ring gear 74 is freely rotatable. For this purpose, the shifting element 8 has a shifting sleeve 81 that can be moved axially into three setting positions.

In der ersten Stellposition ist die Schaltmuffe 81 aus der in 2 gezeigten Mittelposition axial in Richtung Planetengetriebe 7 (in 2 nach links) verschoben. Dann greift die Schaltmuffe 81 in eine Verzahnung, die sich am Gehäuse 9 befindet. Dadurch ist das Hohlrad 74 drehfest im Gehäuse 9 festgesetzt, und es ist eine Übersetzung von i≠1 bei dem Planetengetriebe 7 zwischen Rotor 61 und Welle 100 eingestellt. Dann wirkt das Planetengetriebe 7 als Standübersetzung des Rotors 61. Die Übersetzung des Planetengetriebes 7 ist insbesondere so gewählt, dass dann die Drehzahl des Rotors 61 stets größer ist als die Drehzahl der Welle 100.In the first setting position, the shift sleeve 81 from the in 2 Center position shown axially in the direction of planetary gear 7 (in 2 moved to the left). Then the shift sleeve 81 engages in a toothing that is located on the housing 9 . As a result, the ring gear 74 is fixed in the housing 9 in a rotationally fixed manner, and a transmission ratio of i≠1 is set in the planetary gear 7 between the rotor 61 and the shaft 100 . The planetary gear 7 then acts as the stationary ratio of the rotor 61. The ratio of the planetary gear 7 is selected in particular so that the speed of the rotor 61 is then always greater than the speed of the shaft 100.

In der zweiten Stellposition ist die Schaltmuffe 81 aus der in 2 gezeigten Mittelposition axial vom Planetengetriebe 7 weg (in 2 nach rechts) verschoben. Dann greift die Schaltmuffe 81 in eine Verzahnung, die sich an der Welle 100 befindet. Dadurch sind sowohl das Hohlrad 74, als auch der Planetenträger 73 drehfest mit der Welle 100 verbunden. Das Planetengetriebe 7 ist somit verblockt, wodurch eine Übersetzung von i=1 bei dem Planetengetriebe 7 zwischen Rotor 61 und Welle 100 eingestellt ist. Die Drehzahl des Rotors 61 ist dann stets identisch zur Drehzahl der Welle 100.In the second setting position, the selector sleeve 81 from the in 2 Center position shown axially away from the planetary gear 7 (in 2 shifted to the right). Then the shift sleeve 81 engages in a toothing that is located on the shaft 100 . As a result, both the ring gear 74 and the planet carrier 73 are connected to the shaft 100 in a rotationally fixed manner. The planetary gear 7 is thus blocked, as a result of which a transmission ratio of i=1 is set in the planetary gear 7 between the rotor 61 and the shaft 100 . The speed of the rotor 61 is then always identical to the speed of the shaft 100.

In der dritten Stellposition befindet sich die Schaltmuffe 81 in der in 2 gezeigten Mittelposition. Dann greift die Schaltmuffe 81 weder in die Verzahnung am Gehäuse 9, noch in die Verzahnung an der Welle 100. Folglich ist das Hohlrad 74 frei gegenüber dem Gehäuse 9 und der Welle 100 drehbar. Der Rotor 61 ist dann von der Welle 10 drehentkoppelt.In the third setting position, shift sleeve 81 is in the in 2 center position shown. Then the shift sleeve 81 engages neither in the teeth on the housing 9, nor in the teeth on the shaft 100. Consequently, the ring gear 74 is free to counter rotatable over the housing 9 and the shaft 100. The rotor 61 is then rotationally decoupled from the shaft 10 .

Somit können durch Bewegung der Schaltmuffe 81 in jeweils eine dieser Stellpositionen zumindest drei unterschiedliche Arbeitsmodi der Antriebsvorrichtung eingestellt werden.Thus, at least three different working modes of the drive device can be set by moving the shift sleeve 81 into one of these setting positions.

Zur Bewegung der Schaltmuffe 81 ist der in 1 gezeigte Stellzylinder mit drei Stellpositionen vorgesehen. Dieser ist an eine Wandung der Antriebsvorrichtung angeordnet (in 2 rechts). Am Betätigungszylinder 4 des Stellzylinders ist hierbei die Schaltgabel 5 angeordnet, und die Schaltgabel 5 greift in die Schaltmuffe 81 ein. Dadurch wird bei einer Axialbewegung des Betätigungskolbens 4 die Schaltmuffe 81 mitbewegt. Die Verbindung zwischen Schaltmuffe 81 und Betätigungszylinder ist drehentkoppelt, sodass sich eine Drehung der Schaltmuffe 81 nicht auf den Stellzylinder überträgt.To move shift sleeve 81, the in 1 Actuating cylinder shown is provided with three setting positions. This is arranged on a wall of the drive device (in 2 to the right). The shift fork 5 is arranged on the actuating cylinder 4 of the adjusting cylinder, and the shift fork 5 engages in the shift sleeve 81 . As a result, during an axial movement of the actuating piston 4, the shift sleeve 81 is also moved. The connection between the shift sleeve 81 and the actuating cylinder is rotationally decoupled, so that a rotation of the shift sleeve 81 is not transmitted to the actuating cylinder.

Die drei Stellpositionen des Stellzylinders entsprechen den drei Stellpositionen der Schaltmuffe 81. Auf diese Weise können mittels des Stellzylinders durch Einstellen der jeweiligen Stellposition die oben beschriebenen Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung eingelegt werden. Die Versorgung der Druckräume des Stellzylinders erfolgt insbesondere über Fluidkanäle, die im Gehäuse 9 verlaufen, beispielsweise innerhalb der Wandung des Gehäuses 9, an der der Stellzylinder befestigt ist.The three setting positions of the setting cylinder correspond to the three setting positions of the shift sleeve 81. In this way, the drive modes of the drive device described above can be engaged by setting the respective setting position by means of the setting cylinder. The pressure chambers of the actuating cylinder are supplied in particular via fluid channels which run in the housing 9, for example within the wall of the housing 9 to which the actuating cylinder is attached.

Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung als vormontiertes Antriebsmodul ausgebildet. Dieses Antriebsmodul kann sodann an ein Getriebe des Fahrzeugs angeordnet werden, um einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen.The drive device is preferably designed as a preassembled drive module. This drive module can then be arranged on a transmission of the vehicle in order to enable the vehicle to be driven electrically.

BezugszeichenlisteReference List

11: Gehäusekörpercase body
1111: Deckelteilcover part
1212: Rückteilback part
1313: Vorsprunghead Start
1414: Anschlag, Sicherungsringstop, locking ring
1515: Anschlagattack
22: Ringkolbenring piston
2121: Druckraumpressure room
2222: Dichtungpoetry
2323: Hohlraumcavity
2424: Anschlussconnection
33: Ringkolbenring piston
3131: Druckraumpressure room
3232: Dichtungpoetry
3333: Hohlraumcavity
3434: Anschlussconnection
44: Betätigungskolbenactuating piston
4141: Anschlagattack
4242: Anschlagattack
4343: AbsatzUnit volume
4444: AbsatzUnit volume
55: Schaltgabelshift fork
66: Elektromotorelectric motor
6161: Rotorrotor
77: Planetengetriebeplanetary gear
7171: Sonnenradsun gear
7272: Planetenradplanet wheel
7373: Planetenträgerplanet carrier
7474: Hohlradring gear
88th: Schaltelementswitching element
8181: Schaltmuffeshift sleeve
99: Gehäusehousing
100100: Antriebswelle drive shaft
AA: Endposition, StellpositionEnd position, setting position
BB: Endposition, StellpositionEnd position, setting position
CC: Mittelposition, StellpositionMiddle position, setting position
F1, F2, F3, F4F1, F2, F3, F4: Druckkraftcompressive force
LL: Längsachselongitudinal axis

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 3702911 A1 [0003]DE 3702911 A1 [0003]
DE 3336682 A1 [0004]DE 3336682 A1 [0004]
DE 102009046366 A1 [0005, 0034]DE 102009046366 A1 [0005, 0034]

Claims

Stellzylinder mit drei Stellpositionen (A, B, C), aufweisend einen Betätigungskolben (4) und einen ersten Ringkolben (2) und einen zweiten Ringkolben (3), der Betätigungskolben (4) ist in eine erste Endposition (A) und eine zweite Endposition (B) und eine zwischen der ersten und zweiten Endposition (A, B) befindliche Mittelposition (C) bewegbar, der erste Ringkolben (2) ist innerhalb eines ersten Druckraums (21) angeordnet, der zweite Ringkolben (3) ist innerhalb eines zweiten Druckraums (31) angeordnet, der erste und zweite Ringkolben (2, 3) sind durch Beaufschlagung der Druckräume (21, 31) mit Fluiddruck innerhalb der Druckräume (21, 31) bewegbar, um den Betätigungskolben (4) in die drei Stellpositionen (A, B, C) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (21) radial innerhalb des zweiten Druckraums (31) angeordnet ist.Actuating cylinder with three setting positions (A, B, C), having an actuating piston (4) and a first annular piston (2) and a second annular piston (3), the actuating piston (4) is in a first end position (A) and a second end position (B) and a middle position (C) located between the first and second end position (A, B), the first annular piston (2) is arranged inside a first pressure chamber (21), the second annular piston (3) is inside a second pressure chamber (31), the first and second annular pistons (2, 3) can be moved within the pressure chambers (21, 31) by subjecting the pressure chambers (21, 31) to fluid pressure, in order to move the actuating piston (4) into the three adjustment positions (A, B, C), characterized in that the first pressure chamber (21) is arranged radially inside the second pressure chamber (31).

Stellzylinder nach Anspruch 1, wobei der Betätigungskolben (4) einen ersten Anschlag (41) für den ersten Ringkolben (2) aufweist und einen zweiten Anschlag (42) für den zweiten Ringkolben (3) aufweist, der erste Ringkolben (2) treibt bei einer Druckbeaufschlagung des ersten Druckraums (21) den Betätigungskolben (4) durch Anlegen an den ersten Anschlag (41) in Richtung der ersten Endposition (A) des Betätigungskolbens (4), der zweite Ringkolben (3) treibt bei einer Druckbeaufschlagung des zweiten Druckraums (31) den Betätigungskolben (4) durch Anlegen an den zweiten Anschlag (42) in Richtung der zweiten axialen Endposition (B) des Betätigungskolbens (4).adjusting cylinder claim 1 , wherein the actuating piston (4) has a first stop (41) for the first annular piston (2) and a second stop (42) for the second annular piston (3), the first annular piston (2) drives when pressure is applied to the first pressure chamber (21) the actuating piston (4) by contacting the first stop (41) in the direction of the first end position (A) of the actuating piston (4), the second annular piston (3) drives the actuating piston (3) when pressure is applied to the second pressure chamber (31). 4) by contacting the second stop (42) in the direction of the second axial end position (B) of the actuating piston (4).

Stellzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäusekörper (1), der den Betätigungskolben (4) und den ersten und zweiten Ringkolben (2, 3) aufnimmt, und mit einem ersten gehäusefesten Anschlag (14), an den sich der erste Ringkolbens (2) in der Mittelposition (C) des Betätigungskolbens (4) anlegt, und mit einem zweiten gehäusefesten Anschlag (15), an den sich der zweite Ringkolben (3) in der Mittelposition (C) des Betätigungskolbens (4) anlegt.Actuating cylinder according to one of the preceding claims, having a housing body (1) which accommodates the actuating piston (4) and the first and second annular pistons (2, 3), and with a first stop (14) fixed to the housing, against which the first annular piston (2) rests in the central position (C) of the actuating piston (4), and with a second stop (15) fixed to the housing, against which the second annular piston (3) rests in the central position (C) of the actuating piston (4).

Stellzylinder nach Anspruch 3, wobei der erste gehäusefesten Anschlag (14) radial innen bezüglich des zweiten gehäusefesten Anschlags (15) angeordnet ist, und wobei der erste gehäusefesten Anschlag (14) an einem Vorsprung (13) im Inneren des Gehäusekörpers (1) angeordnet ist.adjusting cylinder claim 3 , wherein the first housing-fixed stop (14) is arranged radially inside with respect to the second housing-fixed stop (15), and wherein the first housing-fixed stop (14) is arranged on a projection (13) inside the housing body (1).

Stellzylinder nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zumindest einer der Anschläge (14, 15, 41, 42) als Sicherungsring, insbesondere als Sprengring, ausgebildet ist.Actuating cylinder according to one of claims 2 until 4 , wherein at least one of the stops (14, 15, 41, 42) is designed as a retaining ring, in particular as a snap ring.

Stellzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Ringkolben (2) eine erste wirksame Angriffsfläche für eine Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum (21) aufweist, und der Betätigungskolben (4) eine zweite wirksame Angriffsfläche (43) für die Druckbeaufschlagung im ersten Druckraum (21) aufweist, und der zweite Ringkolben (3) eine dritte wirksame Angriffsfläche für eine Druckbeaufschlagung im zweiten Druckraum (31) aufweist, und der Betätigungskolben (4) eine vierte wirksame Angriffsfläche (44) für die Druckbeaufschlagung im zweiten Druckraum (31) aufweist.Actuating cylinder according to one of the preceding claims, wherein the first annular piston (2) has a first effective contact surface for pressurization in the first pressure chamber (21), and the actuating piston (4) has a second effective contact surface (43) for the application of pressure in the first pressure chamber (21), and the second annular piston (3) has a third effective contact surface for pressurization in the second pressure chamber (31), and the actuating piston (4) has a fourth effective contact surface (44) for the application of pressure in the second pressure chamber (31).

Stellzylinder nach Anspruch 6, wobei die Angriffsflächen so dimensioniert sind, dass bei einer Druckbeaufschlagung des ersten und zweiten Druckraums (21, 31) mit einem identischen Fluiddruck: die durch die erste Angriffsfläche bewirkte Druckkraft (F1) größer ist, als die durch die vierte Angriffsfläche (44) bewirkte Druckkraft (F4), die durch die dritte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft (F3) größer ist, als die durch die zweite Angriffsfläche (43) bewirkte Druckkraft (F2), die durch die erste Angriffsfläche bewirkte Druckkraft (F1) im Wesentlichen identisch ist zu der durch die dritte Angriffsfläche bewirkte Druckkraft (F3), die durch die zweite Angriffsfläche (43) bewirkte Druckkraft (F2) im Wesentlichen identisch ist zu der durch die vierte Angriffsfläche (44) bewirkte Druckkraft (F4).adjusting cylinder claim 6 , wherein the contact surfaces are dimensioned such that when the first and second pressure chambers (21, 31) are pressurized with an identical fluid pressure: the compressive force (F1) caused by the first contact surface is greater than that caused by the fourth contact surface (44). Compressive force (F4), the compressive force (F3) caused by the third contact surface is greater than the compressive force (F2) caused by the second contact surface (43), the compressive force (F1) caused by the first contact surface is essentially identical to that by the compressive force (F3) caused by the third contact surface, the compressive force (F2) caused by the second contact surface (43) is essentially identical to the compressive force (F4) caused by the fourth contact surface (44).

Stellzylinder nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zweite Angriffsfläche durch einen Absatz (43) des Betätigungskolbens (4) innerhalb des ersten Druckraums (21) gebildet ist, und die vierte Angriffsfläche durch einen Absatz (44) des Betätigungskolbens (4) innerhalb des zweiten Druckraums (31) gebildet ist.adjusting cylinder claim 6 or 7 , wherein the second contact surface is formed by a shoulder (43) of the actuating piston (4) inside the first pressure chamber (21), and the fourth contact surface is formed by a shoulder (44) of the actuating piston (4) inside the second pressure chamber (31). .

Stellzylinder nach Anspruch 8, wobei sich der Betätigungskolben (4) in der ersten Endposition (A) mit der vierten Angriffsfläche (44) an einen Gehäusekörper (1) anlegt, und wobei sich der Betätigungskolben (4) in der zweiten Endposition (B) mit der zweiten Angriffsfläche (43) an den Gehäusekörper (1) anlegt.adjusting cylinder claim 8 , wherein the actuating piston (4) in the first end position (A) with the fourth contact surface (44) rests against a housing body (1), and wherein the actuating piston (4) in the second end position (B) with the second contact surface ( 43) rests against the housing body (1).

Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs, mit einem formschlüssigen Schaltelement (8) zum Einlegen von Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung, wobei das Schaltelement (8) drei Schaltpositionen aufweist und bei jeder der Schaltpositionen jeweils ein Antriebsmodus der Antriebsvorrichtung eingelegt ist, gekennzeichnet durch einen Stellzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bewegung des Schaltelements (8) in die drei Schaltpositionen.Drive device for electrically driving a vehicle, with a positive-locking switching element (8) for engaging drive modes of the drive device, the switching element (8) having three switching positions and in each of the switching positions a drive mode of the drive device is engaged, characterized by an actuating cylinder according to one of the preceding claims for moving the switching element (8) into the three switching positions.