DE4302889C2 - Elektro-hydraulische Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-hydraulische Betätigungs­ vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Betätigungsvorrichtung dieser Art ist aus der DE 29 29 442 A1 bekannt, wobei ein mit Hydraulikflüssigkeit gefüllter Raum, in dem die Pumpe mit einem Kolben angeordnet ist, von einem Luftausgleichsraum durch eine elastische Membran oder ein Gummiformstück getrennt ist. Der Luftausgleichsraum kann mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Für die Verformung der elastischen Membran ist ein gewisser Druckaufbau in dem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Raum erforderlich, um die Eigensteife der Membran zu überwinden.

Aus der DE 36 37 404 A1 ist ferner ein Stellantrieb mit einer fluidischen Kraftübertragung zwischen einem Elektromotor und einem zwischen Endlagen hin und her bewegbaren Stellglied be­ kannt, das in der Form einer Kolbenmembran ausgebildet ist. Auf den beiden Seiten der Kolbenmembran sind Arbeitskammern ausgebildet, in die die Pumpe mit umkehrbarer Förderrichtung Hydraulikflüssigkeit fördert, um durch Aufbau eines Differenz­ druckes eine Verstellung der Kolbenmembran zu bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvor­ richtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß zu­ mindest im Ansaugbereich der Vorrichtung ein ständig drucklo­ ser Zustand vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß zwei voneinander getrennte verformbare Wandabschnitte, insbesondere Rollmembranen, vorgesehen sind, von denen einer als Arbeits­ kolben wirkt, während der andere als Ausgleichskolben dient, erfolgt bei der Stellbewegung dieser Betätigungsvorrichtung, die insbesondere als Bremslüftgerät eingesetzt wird, im we­ sentlichen eine Volumenverschiebung, wobei der als Ausgleichs­ kolben wirkende Wandabschnitt in zwangsweisem Wechselspiel mit dem als Arbeitskolben dienenden Wandabschnitt steht und im Ansaugbereich einen ständig drucklosen Zustand herstellt. Auch kann durch diese Ausgestaltung kein Überdruck im Gerät entstehen. Die Betätigungsvorrichtung ermöglicht ein Arbeiten in allen Betriebslagen.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht auch kurze und kleine Baugrößen gegenüber bisher üblichen Bremslüftgeräten, die mit einer im Gehäuse geführten Kolbenstange arbeiten. Da­ mit kann eine elektro-hydraulische Betätigungsvorrichtung auch dort eingesetzt werden, wo bisher nur Bremslüft-Magnete wegen der geforderten kleinen Abmessungen eingesetzt werden konnten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weite­ ren Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Bspw. Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine elektro­ hydraulische Betätigungsvorrichtung nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 in gleicher Darstellung eine beidseitig wirkende Betätigungsvorrichtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform ent­ sprechend Fig. 1,

Fig. 4 eine Ausführungsform der Hubbegrenzung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform ent­ sprechend Fig. 2.

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform, und

Fig. 7 eine Seitenansicht einer praktischen Ausführungsform.

In Fig. 1 ist mit 1 die Welle eines Asynchron-Drehstrom-Motors 2 bezeichnet, an deren freiem Ende eine Kreiselpumpe 3 angebracht ist. Die Welle 1 ist in einem geschlossenen Gehäuse 7 drehbar gelagert, das mit einem verformbaren Wandabschnitt 5 versehen ist, im übrigen aber starre Wände aufweist. Das vorzugsweise zylindrisch ausgebildete Gehäuse 7 ist auf der unteren, starren Stirnseite mit einem Ansatz 8 versehen, der eine Bohrung aufweist, die als Anlenkstelle für die Betätigungsvorrichtung dient. Der verformbare Wandabschnitt 5 auf der gegenüberliegenden Stirnseite wird vorzugsweise in Form einer Rollmembran ausgebil­ det. Hierdurch erhält man eine wartungs- und leckagefreie Abdichtung des Gehäuses 7. In Achsrichtung beweglich über der Rollmembran 5 ist ein haubenförmiger Kolben 4 angeordnet, der auf der Außenseite ebenfalls einen Ansatz 6 mit Bohrung als Anlenk­ einrichtung für ein Betätigungsgestänge aufweist. Der Kolben 4 wird durch Verformung der Rollmembran 5 in Achsrichtung nach außen verstellt, wenn die Kreiselpumpe 3 Hydraulikflüssigkeit gegen die Rollmembran 5 drückt. Der Kolben 4 wird dabei ohne Kolbenstange auf der Rollmembran 5 schwimmend verstellt.

Das Gehäuse 7 ist vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und über eine Verbindungsöffnung 9 mit einem Ausgleichsbehälter 10 verbunden, in dem ein Ausgleichsvolumen mit einem verformbaren Wandabschnitt bspw. in Form einer Rollmembran vorgesehen ist, so daß bei einer Betätigung des Kolbens 4 die Verstellbewegung der Rollmembran 5 durch eine entsprechende Verformung der Rollmembran im oder am Ausgleichsbehälter kompensiert wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Hohlwelle 1′ vorgesehen, mittels der die Kreiselpumpe 3 vom Motor 2 angetrie­ ben wird. Durch die Hohlwelle 1′ wird Hydraulikflüssigkeit von der Kreiselpumpe 3 auch auf die gegenüberliegende Stirnseite des Gehäuses 7 gefördert, die bei dieser Ausführungsform ebenfalls mit einem verformbaren Wandabschnitt bzw. einer Rollmembran 5′ versehen ist. Der zugeordnete Kolben 4′ ist ebenfalls mit einer Anlenkstelle 6 versehen, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch ein Gewinde in Achsrichtung verstellbar am zugeord­ neten Kolben 4′ bzw. 4 angeordnet ist. An den Anlenkstellen 6 kann ein Betätigungsgestänge zur Kraftabnahme angelenkt werden.

Der bei beiden Ausführungsformen vorgesehene Ausgleichsbehälter 10 ist mit einem dicht abschließenden Klemmbrett 11 versehen, das Klemmen für die Stromzuführung zum Antriebsmotor 2 trägt.

Da der Motor mit seiner Wicklung direkt von der Hydraulik­ flüssigkeit im Gehäuse 7 umspült wird, ergibt sich eine gute Wärmeabführung von der Motorwicklung. Der Volumenausgleich bei Kolbenhub und Rückstellbewegung sowie bei Temperaturänderungen wird über den Ausgleichsbehälter 10 ausgeglichen.

Durch die Anordnung von Antriebsmotor 2 und Pumpe 3 innerhalb eines mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Gehäuses 7 mit verform­ barem Wandabschnitt kann die so gebildete geschlossenen Bauein­ heit sehr kompakt und auf kleinstem Raum ausgebildet werden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1. Die Rollmembran 5 ist durch ein ringförmiges Führungsteil 12 mit ihrem Außenumfang an der Stirnseite des Gehäuses 7 festgeklemmmt, wobei die Rollmembran am Innenumfang des Führungsteils 12 anliegt und sich bei der Hubbewegung des Kolbens auf diesem abwälzt. Der Kolben 4 ist auf seinem Außenumfang mit einem im Querschnitt U-förmigen Randabschnitt 13 versehen, dessen innen liegender Schenkel in einem Abstand vom Innenumfang des Führungsteils 12 liegt, so daß ein Wulst der Rollmembran 5 in diesen Abstand eindringen kann. Der äußere Schenkel des Randabschnitts 13 übergreift einen abgesetzten Führungsabschnitt des Führungsteils 12, so daß der Kolben 4 bei seiner Hubbewegung auf dem Außen­ umfang des Führungsteils 12 geführt wird. Zwischen Kolben 4 und Führungsteil 12 ist ein Faltenbalg 14 angeordnet, der als Schutz für die Kolbenführung dient.

Die Kreiselpumpe 3 weist bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel zwei Schaufelräder 15 und 16 auf, die auf der Welle 1 aufgekeilt sind. Zwischen den beiden Schaufelrädern 15 und 16 ist eine sich radial erstreckende Umlenkwand 17 angeordnet, so daß sich ein U-förmiger Strömungsweg ergibt. Das innere Schaufelrad 15 der Kreiselpumpe saugt Hydraulikflüssigkeit durch nahe am Innenumfang des Schaufelrades angeordnete Verbindungsöffnungen 18 aus dem Motorraum des Gehäuses ab, wobei die Hydraulik­ flüssigkeit vom Außenumfang des Schaufelrades 15 radial nach innen längs der Umlenkwand 17 strömt und dem Innenumfang des äußeren Schaufelrades 16 zugeführt wird. Zwischen Rollmembran 5 und Umlenkwand 17 ergibt sich ein Zylinderraum 19 für den Druckaufbau, der unmittelbar auf den Kolben 4 wirkt.

Die Welle 1 ist durch zwei Rillenkugellager 20 im Gehäuse 7 gelagert.

Im Ausgleichsbehälter 10 ist ein Ausgleichsvolumen 21 ausgebil­ det, in dem eine weitere Rollmembran 22 mit ihrem Rand festge­ klemmt ist. Der äußere Teil des Ausgleichsvolumens 21 steht über eine Belüftungsöffnung 23 mit der Atmosphäre in Verbindung. Bei Betrieb der Kreiselpumpe 3 wird Hydraulikflüssigkeit - wie durch Pfeile angedeutet - aus dem Ausgleichsvolumen abgesaugt, wobei der Kolben 4 durch den Druckaufbau im Zylinderraum 19 nach außen gedrückt wird, während sich die Rollmembran 22 zum Volumenaus­ gleich nach innen in die dargestellte Stellung in Fig. 3 bewegt. Nach der Hubbewegung und Abschaltung der Kreiselpumpe 3 wird der Kolben 4 durch das mit einer externen Kraft beaufschlagte Betätigungsgestänge zurück in die dargestellte Ausgangsstellung bewegt, wobei die Rollmembran 22 im Ausgleichsvolumen wieder in die durch gestrichelte Linien dargestellte Ausgangsstellung zurückkehrt.

Im Ausgleichbehälter 10 ist ein gesonderter Anschlußraum 24 ausgebildet, der durch einen Deckel 25 geschlossen ist. Im Anschlußraum 24 ist das Klemmbrett 11 dicht über einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Raum 26 befestigt, der über eine Verbindungsöffnung 27 mit dem Ausgleichsvolumen 21 in Verbindung steht, durch die die Anschlußleitungen zum Motor verlaufen.

Bei 28 ist eine Flachdichtung dargestellt, über die der Aus­ gleichsbehälter 10 dicht am Gehäuse 7 angeflanscht ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Hubbegrenzung des Kolbens 4, wobei am Kolben ein Bolzen 29 befestigt ist, der mit einem Kopfabschnitt 30 in eine Bohrung 31 am Gehäuse 7 eingreift. Durch den die Bohrung 31 übergreifenden Rand des Führungsteils 12, durch das sich der Bolzen 29 erstreckt, wird der Axialhub des Kolbens 4 begrenzt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform entsprechend Fig. 2, wobei für gleiche bzw. entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet sind. Die Hohlwelle 1′ steht mit dem Zylinderraum 19 in Verbindung, so daß bei Druckaufbau im Zylinderraum 19 Hydraulikflüssigkeit in den gegenüberliegenden Zylinderraum 32 fließt und dort eine Druck aufbaut. An dem der Kreiselpumpe 3 gegenüberliegenden Ende der Hohlwelle 1 ist eine Wellendichtung 33 angeordnet, die den Zylinderraum 32 gegenüber dem Motorraum abdichtet.

Kolben 4 und Führungsteil 12 sind auf den gegenüberliegenden Seiten identisch ausgebildet. Die Hubbegrenzung nach Fig. 4 kann in gleicher Weise an beiden Kolben 4 und 4′ vorgesehen werden. Die Verbindungsöffnung 27 mündet direkt in den Motorraum, der über eine getrennte größere Öffnung 9′ mit dem Ausgleichsvolumen im Ausgleichsbehälter in Verbindung steht. Das Ausgleichsvolumen 21 kann auf der Saugseite der Kreiselpumpe 3 an jeder beliebigen Stelle angeordnet werden.

Dadurch, daß an keiner Stelle der Betätigungsvorrichtung eine auf einer Fläche gleitende Dichtung vorhanden ist, die den mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Raum gegenüber der Atmosphäre abdichtet, bedarf die Betätigungsvorrichtung keiner Wartung und es ergeben sich auch keine Probleme hinsichtlich Leckagen.

Anstelle eines gesonderten Ausgleichsbehälters 10 mit Ausgleichs­ volumen 21 kann ein verformbarer Wandabschnitt bzw. die Rollmem­ bran 22 auch direkt am Gehäuse 7 angebracht sein. Vorzugsweise wird das so gebildete Ausgleichsvolumen durch eine starre Abdeckung gegen eine mechanische Beschädigung von außen ge­ schützt, wie dies auch bei der starren Außenwand des Ausgleichs­ behälters 10 der Fall ist. So kann bspw. bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die der Kreiselpumpe gegenüberliegende Stirnseite des Gehäuses 7 mit einer Rollmembran versehen sein, ähnlich der in Fig. 5 wiedergegebenen, doppelt wirkenden Ausführungsform, so daß das Ausgleichsvolumen unmittelbar am Gehäuse 7 in Form eines verformbaren Wandabschnittes ausgebildet ist. Der Aufnahmeansatz 8 kann dabei an der Abdeckung dieses Ausgleichsvolumens ange­ bracht werden. Mit anderen Worten kann der Ausgleichsbehälter 10 mit Ausgleichsvolumen bei der Bauweise nach Fig. 3 auf der Stirnseite des Gehäuses 7 vorgesehen werden. Hierdurch kann man ein größeres Ausgleichsvolumen vorsehen, um einen längeren Hub des Kolbens 4 zu erhalten. Fig. 6 zeigt schematisch eine derartige Ausführungsform, wobei mit 34 eine Abdeckung der Rollmembran 22′ bezeichnet ist, die ein Ausgleichsvolumen bildet, das auch zusätzlich zu einem Ausgleichsvolumen in einem seitlich angebauten Ausgleichsbehälter vorgesehen werden kann.

Insbesondere bei den doppelseitig wirkenden Geräten kann neben den Anlenkstellen 6 (Fig. 2) auch seitlich am Gehäuse eine Befestigungsmöglichkeit vorgesehen werden, bspw. in der Form von Gewindebohrungen im Gehäuse 7, mittels denen das Gehäuse an einem Bauteil festgelegt werden kann, um die Gegenkraft von den Anlenkstellen 6 aufzunehmen. Damit hat jede Seite einen eigenen Kraftfluß.

Fig. 7 zeigt bei 35 derartige Gewindebohrungen am Gehäuse 7, das vorzugsweise mit einem im Querschnitt quadratischen Außenumfang ausgebildet wird. In Fig. 7 sind zwischen den Befestigungs­ bohrungen 35 Kühlrippen angedeutet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind auf jeder Seite an den Kolben 4 und 4′ und am Gehäuse 7 Anschlagleisten 36 ausgebildet, die z. B. mit Hilfe eines Schraubenziehers, der bei 37 einge­ steckt wird, auseinandergedrückt werden können. Dadurch erfolgt ein Handlüften einer Bremse oder dergleichen. Es kann jede Seite getrennt betätigt werden.

Die beschriebene elektro-hydraulische Betätigungseinrichtung, die alle Bauelemente auf kleinstem Raum in einer einzigen Baueinheit vereinigt, hat eine kurzen Hubweg mit großer hydraulischer Stellkraft, und sie ist daher besonders geeignet zum Lüften von Backen- und Scheibenbremsen, insbesondere in Aufzuganlagen. Hub- und Rückbewegung wirken infolge der dämpfenden Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeit sanft und daher schonend auf die mechani­ schen Bauteile.

Claims (10)

1. Elektro-hydraulische Betätigungsvorrichtung mit einem Elektromotor (2) und einer von diesem angetriebenen Pumpe (3), die in einem abgeschlossenen, mit Hydraulikflüssig­ keit gefüllten Gehäuse (7, 10) angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen verformbaren Wandabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei getrennt voneinander angeordnete ver­ formbare Wandabschnitte (5, 22) vorgesehen sind, von denen der eine Wandabschnitt (5) ein als Kolben wirkendes Teil (4) beaufschlagt und der andere Wandabschnitt (22) für den Volumenausgleich dient.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Wandabschnitte als Rollmembranen (5, 22) ausgebildet sind, die mit dem Gehäuse (7, 10) dicht verbunden ist.

3. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (3) einer Rollmembran (5) unmittelbar gege­ überliegend im Gehäuse (7) angeordnet ist.

4. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kolben wirkende Teil (4) scheibenförmig ausge­ bildet ist und längs des Außenumfangs einen im Querschnitt U-förmigen Randabschnitt (13) zur Aufnahme des Wulstes der Rollmembran (5) aufweist.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Randabschnitt (13) des als Kolben wirken­ den Teiles (4) mit dem Außenrand einen Führungsabschnitt am Gehäuse (7) übergreift.

6. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stirnseite des Gehäuses (7) und kolbenartigem Teil (4) ein Führungsteil (12) angeordnet ist, mittels dem die Rollmembran (5) am Gehäuse (7) befestigt ist und das zur Führung der Rollmembran (5) wie auch des kolbenartigen Teiles (4) dient.

7. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollmembran (5) einen Zylinderraum (19) begrenzt, der gegenüber dem Motorraum durch eine Umlenkwand (17) abgeteilt ist, wobei ein Schaufelrad (15) der Pumpe im Zylinderraum (19) angeordnet ist.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Schaufelrad (15) auf der dem Motor (2) zugewandten Seite der Umlenkwand (17) angeordnet ist und Hydraulikflüssigkeit durch eine Durchtrittsöffnung (18) aus dem Motorraum absaugt.

9. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Elektromotor (2) und die Pumpe (3) aufnehmende Gehäuse (7) über eine Durchtrittsöffnung (9) mit einem Ausgleichsbehälter (10) verbunden ist, der mit einem verformbaren Wandabschnitt bzw. einer Rollmembran (22) versehen ist.

10. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1′) des Antriebsmotors (2) hohl ausgebildet ist und auf der der Pumpe (3) gegenüberliegenden Seite des Motors (2) ein weiterer, von einer Rollmembran (5′) be­ grenzter Zylinderraum (32) ausgebildet ist, der durch die Hohlwelle mit dem Zylinderraum (19) auf der Seite der Pumpe (3) in Verbindung steht, wobei durch die weitere Rollmem­ bran (5′) ein weiteres kolbenartiges Teil (4′) beaufschlagt wird.