DE-102023211785-B4 - Elektromechanischer Aktuator mit Konstruktionselementen für verbesserte Ölführung

Abstract

Linearaktuator (10), der folgende Komponenten umfasst: ein Gehäuse (20) und einen Ausleger (60), wobei der Ausleger (60) entlang einer Längsachse (13) linearbeweglich in einem ersten Hohlraum (11) des Gehäuses (20) gelagert ist und aus dem Gehäuse (20) herausragt, der Ausleger (60) einen zweiten Hohlraum (12) und eine Gewindemutter (62) besitzt, die mit einer Gewindespindel (40) in Schraubeingriff steht, wobei die Gewindemutter (62) drehfest im Gehäuse (20) lagerbar ist, ein Spindeldrehlager (43), in dem die Gewindespindel (40) an einem vom Ausleger (60) abgewandten Ende im Gehäuse (20) gelagert ist, einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor (14), zum Drehen der Gewindespindel (40), wobei Gehäuse (20) und Ausleger (60) einen Raum umfassen, der mittels Dichtungen (30, 31, 32, 33) hermetisch gegen die äußere Atmosphäre verschlossen und mit einem Fluid gefüllt ist, wobei das Fluid kompressible und inkompressible Bestandteile umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Komponenten im gegen die äußere Atmosphäre verschlossenen Raum jeweils mindestens einen Längskanal (81 bis 84) aufweisen, der bei einer Zustandsänderung des Linearaktuators (10) einen Durchtritt des Fluids ermöglicht.

Inventors

• Michael Goldbach
• Marco Knoell
• Reiner Knoell

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20231127

Claims (10)

1. Linearaktuator (10), der folgende Komponenten umfasst: ein Gehäuse (20) und einen Ausleger (60), wobei der Ausleger (60) entlang einer Längsachse (13) linearbeweglich in einem ersten Hohlraum (11) des Gehäuses (20) gelagert ist und aus dem Gehäuse (20) herausragt, der Ausleger (60) einen zweiten Hohlraum (12) und eine Gewindemutter (62) besitzt, die mit einer Gewindespindel (40) in Schraubeingriff steht, wobei die Gewindemutter (62) drehfest im Gehäuse (20) lagerbar ist, ein Spindeldrehlager (43), in dem die Gewindespindel (40) an einem vom Ausleger (60) abgewandten Ende im Gehäuse (20) gelagert ist, einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor (14), zum Drehen der Gewindespindel (40), wobei Gehäuse (20) und Ausleger (60) einen Raum umfassen, der mittels Dichtungen (30, 31, 32, 33) hermetisch gegen die äußere Atmosphäre verschlossen und mit einem Fluid gefüllt ist, wobei das Fluid kompressible und inkompressible Bestandteile umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere Komponenten im gegen die äußere Atmosphäre verschlossenen Raum jeweils mindestens einen Längskanal (81 bis 84) aufweisen, der bei einer Zustandsänderung des Linearaktuators (10) einen Durchtritt des Fluids ermöglicht.
2. Linearaktuator (10) nach Anspruch 1 , wobei die Komponenten einen Dichtring (30) umfassen.
3. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , wobei in mindestens einem Drehlager (43, 51) zum Lagern des Auslegers (60) ein Längskanal vorgesehen ist.
4. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei in der Gewindespindel (40) ein Längskanal (81) vorgesehen ist.
5. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , weiter mit einem vorzugsweise topfartig ausgebildeten Kolben (50), der über ein Kolbendrehlager (51) um die Längsachse (13) drehbar am zweiten Ende (42) der Gewindespindel (40) aufgenommen ist.
6. Linearaktuator (10) nach Anspruch 5 , wobei im Kolben (50) ein Längskanal (83) vorgesehen ist.
7. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei in der Gewindemutter (62) ein Längskanal vorgesehen ist, der weiter vorzugsweise parallel zur Längsachse (13) des Linearaktuators (10) verläuft.
8. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , weiter mit einem Adapterteil (70), das an der Gewindemutter (62) vorgesehen ist, und das ein Innengewinde (73), ein Außengewinde (74), einen nach radial innen überstehenden ersten Bund (71) und einen nach radial außen überstehenden zweiten Bund (72) aufweist, wobei der Ausleger (60) in das Innengewinde (73) eingeschraubt und gegen den ersten Bund (71) verspannt ist, und die Gewindemutter (62) auf das Außengewinde (74) aufgeschraubt und gegen den zweiten Bund (72) verspannt ist.
9. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei das Fluid im hermetisch verschlossenen Raum des Linearaktuators (10) einen flüssigen und einen gasförmigen Anteil umfasst, wobei die Mengen des flüssigen und des gasförmigen Anteils so festgelegt sind, dass in einem maximal eingefahrenen Zustand des Linearaktuators (10) ein Innendruck im Linearaktuator (10) einen Wert von 2 MPa nicht wesentlich überschreitet, und der Innendruck in einem maximal ausgefahrenen Zustand einen Wert von 0,8 MPa nicht wesentlich unterschreitet.
10. Linearaktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei die Gewindespindel (40) an ihrer Außenumfangsfläche (45) eine bezüglich der Längsachse (13) kreiszylindrische Spindeldichtfläche (44) aufweist, wobei die wenigstens eine erste Mündungsöffnung (91) jeweils in Richtung der Längsachse (13) zwischen der Spindeldichtfläche (44) und dem Spindeldrehlager (43) angeordnet ist, wobei die Spindeldichtfläche (44) mit einem gesonderten Dichtring (30) in Dichtkontakt steht, und wobei der Dichtring (30) derart am Gehäuse (20) befestigt ist, dass er den ersten Hohlraum (11) abdichtet.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung betrifft einen elektromechanischen Aktuator, beispielsweise einen als Elektrozylinder bezeichneten Hubzylinder, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere befasst sich die Offenbarung mit einem elektromechanischen Aktuator mit einem Gehäuse und einem Ausleger, der linearbeweglich am Gehäuse gelagert ist, und speziell mit der Ölführung und Schmierung in einem derartigen Aktuator. Solche Aktuatoren sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So erläutern die DE 10 2020 212 703 A1 und die DE 10 2020 212 704 A1 jeweils einen entsprechenden Elektrozylinder. Die DE 10 2020 212 703 A1 schlägt dabei vor, eine Gewindespindel, die eine mit einem Ausleger verbundene Mutter antreibt, so zu lagern, dass ein Kolben am Ende der Gewindespindel einen ersten Bereich von einem zweiten Bereich fluiddicht abgrenzt. Der zweite Bereich ist dabei ein teilweise mit Schmieröl gefüllter Hohlraum, in dem sich die Gewindespindel befindet. Fährt die Gewindespindel aus, verringert sich der Druck in diesem Hohlraum, fährt sie ein, erhöht sich der Druck aufgrund der Verdrängung durch die Spindel. Die DE 10 2020 212 704 A1 zeigt einen Aktuator, bei dem ein Endblock des Gehäuses nicht über eine Ringmutter, sondern über eine Zwischenplatte und eine Befestigungsschraube befestigt wird, die den Endblock und die Zwischenplatte durchsetzt. Das Drehlager wird dabei durch eine Spannkraft der Befestigungsschraube zwischen dem Endblock und der Zwischenplatte eingespannt. Weiteren relevanten Stand der Technik bilden die DE 10 2009 007 952 A1, die DE 10 2014 114 737 A1, die DE 10 2015 221 712 A1 die US 2021 / 0 039 771 A1 und die JP 2023 19 005 A. Die DE10 2008 007 793 A1 zeigt einen Linearaktuator, der folgende Komponenten umfasst: ein Gehäuse und einen Ausleger, wobei der Ausleger entlang einer Längsachse linearbeweglich in einem ersten Hohlraum des Gehäuses gelagert ist und aus dem Gehäuse herausragt. Der Ausleger besitzt einen zweiten Hohlraum und eine Gewindemutter, die mit einer Gewindespindel in Schraubeingriff steht. Die Gewindemutter ist drehfest im Gehäuse lagerbar. Der Linearaktuator umfasst auch ein Spindeldrehlager, in dem die Gewindespindel an einem vom Ausleger abgewandten Ende im Gehäuse gelagert ist, und einen Elektromotor zum Drehen der Gewindespindel. Gehäuse und Ausleger umfassen einen Raum, der mittels Dichtungen hermetisch gegen die äußere Atmosphäre verschlossen und mit einem Fluid gefüllt ist. Die Spindelmutter im gegen die äußere Atmosphäre verschlossenen Raum weist Durchgangsbohrungen auf, die bei einer Zustandsänderung des Linearaktuators einen Durchtritt des Fluids ermöglicht. Nach Abschluss der Zustandsänderung werden die Hohlräume über einen Hydrospeicher mit Druckmittel beaufschlagt, um eine höhere Haltekraft zu erzeugen. Die als nächstkommend angesehene DE 10 2015 221 712 A1 offenbart einen Aktuator, wobei der Ausleger in Richtung der Längsachse aus dem Gehäuse herausragt,wobei eine Gewindespindel mittels eines Drehlagers bezüglich der Längsachse drehbar am Gehäuse gelagert ist, und der Ausleger mittels einer auf der Gewindespindel aufgeschraubten Mutter aus- und einfahrbar ist. Die Gewindespindel wird über einen Elektromotor gedreht. Vor allem am Schraubeingriff von Gewindespindel und Mutter entsteht dabei (Reibungs-)Wärme. Daher wird der Innenraum mit einem Fluid bzw. einem Gemisch aus Schmieröl und Gas gefüllt, und Kühlkanäle verbinden gegenüberliegende Enden des Innenraums. Bewegt sich die Mutter, verdrängt sie das Fluid, das durch die Kühlkanäle und an der Gewindemutter vorbei, beispielsweise um Wälzkörper fließt, die die Gewindemutter lagern. Dadurch kann die Wärme effizient an das Gehäuse übertragen werden. Die Kühlkanäle werden nahe an der Außenoberfläche des Gehäuses gebildet, so dass auch der Wärmeübergang in die Umgebungsluft sehr effizient ist. Die Schmierung weist einen hermetischen Abschluss gegen die äußere Atmosphäre auf, um Leckage und Verunreinigungen auszuschließen. Weil der Ausleger im Gehäuse ein- und ausfährt, so dass sich das Innenraumvolumen ändert, ist dabei eine vollständige Füllung mit einem inkompressiblen Fluid (oder theoretisch auch mit schmierenden Feststoffen wie Pulver) ungünstig bis unmöglich. Umgekehrt kann mit reinem Gas keine zufriedenstellende Schmierung und Kühlung erzielt werden. Daher besteht die Füllung vorzugsweise aus einem Teil (inkompressiblem) Schmieröl und einem Teil (komprimierbarem) Gas. Insbesondere bei schnellem Ein- und Ausfahren des Auslegers kann das Fluid aber nicht leicht durch die vorhandenen Kühlkanäle und an der Gewindemutter vorbei strömen, so dass ein starker Differenzdruck im Innern des Linearaktuators entsteht. Dieser Differenzdruck führt zu einem höheren Leerlaufdrehmoment der Achse, das abhängig von der Achsgeschwindigkeit und damit der Strömungsgeschwindigkeit steigt. Dies führt zu einem geringeren Wirkungsgrad der Achse. Der im vorstehend genannten Stand der Technik vorgeschlagene Flüssigkeitsu