DE102006030141A1

DE102006030141A1 - Druckerzeugungsaggregat

Info

Publication number: DE102006030141A1
Application number: DE200610030141
Authority: DE
Inventors: Manfred Vetter; Reiner Keller; Martin Rossmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckerzeugungsaggregat (1) zum Bereitstellen eines Volumenstroms zum Antrieb mindestens eines Aktuators (12, 13) mit einem Hydraulikzylinder (2), dessen Kolben (3) mittels eines Antriebs (4) verstellbar ist. Der Kolben unterteilt den Hydraulikzylinder in zwei Kammern (5, 6). Jede Kammer ist mittels einer Druckleitung (8) und einer Rückflussleitung (9) über eine Ventilanordnung (10, 11) mit dem Aktuator verbunden. Die jeweilige Druckleitung ist in einem Bereich (16, 18) mit einer Einrichtung (17, 19) versehen, die einen Fluss des Hydraulikmediums zu der dieser Druckleitung zugeordneten Kammer sperrt. Die jeweilige Rückflussleitung (9) ist in einem Bereich (21, 23) mit einer Einrichtung (22, 24) versehen, die einen Fluss des Hydraulikmediums von der dieser Rücklaufleitung zugeordneten Kammer zum Aktuator sperrt. Durch diese Gestaltung des Aggregats kann bei beiden Bewegungsrichtungen (A, B) des Kolbens (3) ein Volumenstrom im System bereitgestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckerzeugungsaggregat zum Bereitstellen eines Volumenstroms zum Antrieb mindestens eines Aktuators.
Derartige Druckerzeugungsaggregate sind aus der Praxis bekannt. Sie finden beispielsweise im Zusammenhang mit einer hydraulischen Bremsanlage oder der Druckversorgung bei automatischen Getrieben von Kraftfahrzeugen Verwendung. Der vom Druckerzeugungsaggregat bereitgestellte Volumenstrom (Volumen pro Zeiteinheit) dient dem Antreiben von Aktuatoren, beispielsweise zwecks Schalten, Wählen, Kuppeln.
Aus der Praxis ist es bekannt, zur Bereitstellung eines hydraulischen Volumenstroms einen Elektromotor zu verwenden, der mit einer Außenzahnradpumpe verbunden ist. Diese ist wiederum mit einem Tank und einem Hydraulikspeicher verbunden. Durch den Speicher lässt sich hydraulische Energie bevorraten, die dann in kurzer Zeit abrufbar ist. Der Motor muss nicht bei jeder Systemanforderung getätigt werden, da er über den Speicher vom System entkoppelt ist.
Aus der DE 196 18 489 C2 ist eine hydraulische Bremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt. Sie weist ein Druckerzeugungsaggregat zum Bereitstellen eines Volumenstroms zum Antrieb zweier Aktuatoren auf, wobei der eine Aktuator ein Hydraulikzylinder für einen Servokraft-Bremsbetrieb und der andere Hydraulikzylinder zum Aufbringen einer Bremskraft auch bei Ausfall der Servokraft vorgesehen ist. Das Druckerzeugungsaggregat weist einen Hydraulikzylinder auf, dessen Kolben mittels eines einen Antrieb darstellenden Bremspedals verstellbar ist. Der Kolben unterteilt den Hydraulikzylinder in zwei Kammern, wobei die eine Kammer über eine Druckleitung mit einem zwangsdurchströmten Drosselventil verbunden ist, das mit dem Hydraulikzylin der für den Servokraft-Bremsbetrieb verbunden ist, und die andere Kammer über eine Druckleitung mit dem anderen, direkt angesteuerten Hydraulikzylinder zum Beaufschlagen der Bremse verbunden ist.
Bei diesem Druckerzeugungsaggregat weist der den Volumenstrom bereitstellende Hydraulikzylinder zwei beim Betätigen des Bremspedals verstellbare Kolben auf. Nur bei einer Bewegung der Kolben in eine Richtung wird ein Volumen für die Anwendung im System, d. h. für die Betätigung der Aktuatoren, bereitgestellt.
Eine hydraulische Stellvorrichtung zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ist ferner aus der EP 0 984 185 A2 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckerzeugungsaggregat zum Bereitstellen eines Volumenstroms zum Antrieb mindestens eines Aktuators zu schaffen, bei dem in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens ein Volumenstrom dem System bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Druckerzeugungsaggregat mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Somit wird in beiden Kolbenbewegungsrichtungen ein Volumenstrom für das System, demnach für den bzw. für die Aktuatoren bereitgestellt. In der einen Bewegungsrichtung des Kolbens wird Hydraulikflüssigkeit aus der einen ersten Zylinderkammer in die dieser Kammer zugeordnete Druckleitung gefördert, bei gleichzeitigem Nachströmen von Hydraulikflüssigkeit in die andere zweite Zylinderkammer durch die dieser Kammer zugeordnete Rückflussleitung. Beim Bewegen des Kolbens in die entgegengesetzte Richtung strömt Hydraulikflüssigkeit von der zweiten Kammer in die Druckleitung und es fließt Hydraulikflüssigkeit in die erste Kammer über die dieser zugeordnete Rückflussleitung nach.
Das erfindungsgemäße Druckerzeugungsaggregat findet im Zusammenhang mit einem oder mehreren Aktuatoren für die unterschiedlichsten Anwendungszwecke Verwendung: So beispielsweise für die bereits angesprochene Druckversorgung bei der Automatisierung von KfZ-Getrieben unter dem Aspekt des Schaltens, Wählens, Kuppelns. Weitere Anwendungen sind beispielsweise Doppelkupplungsgetriebe, Servolenkung, Fahrwerksysteme, Bremssysteme, z. B. ABS, ferner Nockenwellenverstellung, Kühlung, Schmierung, sonstige hydraulische Nebenaggregate im Fahrzeug, ferner Anwendungen bei x-y-Wire, z. B. clutch-, brake-, shift-by-wire.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des Druckerzeugungsaggregats ist eine permanente Volumenförderung durch Doppelhub gewährleistet, womit die zeitliche Verfügbarkeit des Systems hoch ist. Es ergibt sich ein Bauraumvorteil durch kleinere Motor- und somit Aggregatbauweise. Auch lässt sich die Dynamik durch eine kleinere Motorbauweise verbessern.
Vorzugsweise sind mehrere Aktuatoren, insbesondere zwei Aktuatoren vorgesehen. Der jeweilige Aktuator ist vorteilhaft als Stellzylinder ausgebildet, insbesondere mit beidseitig hydraulisch beaufschlagbarem Stellkolben oder einseitig, entgegen Federkraft, hydraulisch beaufschlagbarem Stellkolben. Zum Ansteuern des jeweiligen Aktuators ist ein Ventil vorgesehen, das beispielsweise, je nach Ausbildung des Aktuators als 4/3-Wegeventil oder 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Das jeweilige Ventil ist insbesondere als Magnetventil gestaltet.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige Rückflussleitung, zwischen der Ventilanordnung und der Einrichtung, die den Fluss des Hydraulikmediums von der dieser Rückflussleitung zugeordneten Kammer zum Aktuator sperrt, mit einem Hydraulikmedium aufnehmenden Behälter verbunden ist. Der derart vom Hydraulikzylinder getrennte Behälter, der die Funktion eines Vorratsbehälters erfüllt, ermöglicht bei eventuell vorhandener Leckage oder Veränderung des Arbeitspunktes nachgeschalteter Aktuatoren, das Hydraulikmedium nachfließen zu lassen.
Zweckmäßig sind die beiden Druckleitungen zwischen den Einrichtungen, die den Fluss des Hydraulikmediums zu den Kammern sperren, und der Ventilanordnung zusammengeführt. Auch die beiden Rückflussleitungen sind vorzugsweise zwischen den Einrichtungen, die den Fluss des Hydraulikmediums von den Kammern zu mindestens einem Aktuator sperren, und der Ventilanordnung zusammengeführt. Hierdurch wird erreicht, dass die Druckleitungen und/oder die Rückflussleitungen nur im Bereich der diesen zugeordneten Sperreinrichtungen separat geführt sind und dort die Druckleitungen einerseits und die Rückflussleitungen andererseits zusammengefasst werden können. Dies reduziert den Bauaufwand bei dem erfindungsgemäßen Erzeugungsaggregat signifikant.
Die Einrichtungen zum Sperren des Flusses durch die Druckleitungen und Rückflussleitungen können auf unterschiedlichste Art und Weise gestaltet sein. Die Sperrfunktion lässt sich einfach und kostengünstig durch Rückschlagventile bewerkstelligen. Vorteilhaft sind gleichfalls Membranventile oder elektrisch ansteuerbare Sperrventile.
Der Antrieb zum Verstellen des Kolbens kann unterschiedlich gestaltet sein. Bevorzugt, da ein solcher Antrieb baulich sehr einfach gestaltet sein kann, wird es angesehen, wenn der Antrieb als Elektromotor ausgebildet ist, insbesondere als Elektromotor, der über eine Spindel den Kolben des Hydraulikzylinders bewegt.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Systemkonzept, bestehend aus Elektromotor und Hydraulikzylinder, der in beiden Kolbenbewegungsrichtungen Volumenstrom zum Antrieb von Aktuatoren in einem System bereitstellen kann.
Ein durch die strichlierten Linien veranschaulichtes Hydraulikaggregat 1 weist einen Hydraulikzylinder 2, dessen Kolben 3 mittels eines Antriebs 4 bewegbar ist, auf. Der Kolben 3 unterteilt den Hydraulikzylinder 2 in eine erste Kammer 5 und eine zweite Kammer 6. Der Antrieb 4 ist als Elektromotor ausgebildet, der über eine Spindel 7 den Kolben 3 bewegt. Die eine Bewegungsrichtung des Kolbens 3 ist durch den Pfeil A, die entgegengesetzte Bewegungsrichtung des Kolbens 3 durch den Pfeil B veranschaulicht.
Jede Kammer 5, 6 ist mit einer Druckleitung 8 und einer Rückflussleitung 9 verbunden. Die Druckleitung 8 und die Rückflussleitung 9 stehen über Magnetventile 10 und 11 in Fließverbindung mit diesen Magnetventilen zugeordneten Aktuatoren 12 und 13. Überdies steht die Rückflussleitung 9 in Fließverbindung mit einem Vorratsbehälter 14 für Hydraulikflüssigkeit 15. Im Einzelnen ist die hydraulische Verbindung zwischen Hydraulikzylinder 2 und den Aktuatoren 12, 13 wie folgt gestaltet:
Die Kammer 5 des Hydraulikzylinders 2 steht mit einem Abschnitt 16 der Druckleitung 8 in Verbindung, wobei dieser Abschnitt 16 ein Rückschlagventil 17 aufweist, das eine Durchströmung von der Kammer 5 zu den Aktuatoren 12, 13 erlaubt. Entsprechend ist mit der Kammer 6 des Hydraulikzylinders 2 ein Abschnitt 18 der Druckleitung 8 verbunden, wobei dieser Abschnitt 18 ein Rückschlagventil 19 aufweist, mit Durchströmrichtung von der Kammer 6 zu den Aktuatoren 12, 13. Die beiden Abschnitte 16 und 18 der Druckleitung 8 sind, in Durchflussrichtung der Druckleitung 8, hinter den Rückschlagventilen 17 und 19 zusammengeführt, zu einem Abschnitt 20 der Druckleitung 8.
Die Kammer 5 des Hydraulikzylinders 2 ist ferner mit einem Abschnitt 21 der Rückflussleitung 9 verbunden, wobei dieser Abschnitt 21 ein Rückschlagventil 22 aufweist, mit Durchströmrichtung der Hydraulikflüssigkeit von den Aktuatoren 12, 13 zur Kammer 5. Entsprechend ist die Kammer 6 des Hydraulikzylinders 2 mit einem Abschnitt 23 der Rückflussleitung 9 verbunden, wobei entsprechend der Abschnitt 23 ein Rückschlagventil 24 aufweist, mit Durchströmrichtung von den Aktuatoren 12, 13 zur Kammer 6. Stromaufwärts der Rückschlagventile 22, 24 sind die Abschnitte 21 und 23 der Rückflussleitung 9 zusammengeführt, zu einem Abschnitt 25 der Rückflussleitung 9. Über eine Leitung 26 ist der Abschnitt 25 der Rückflussleitung 9 mit dem Vorratsbehälter 14 verbunden, so dass bei eventuell vorhandener Leckage oder Veränderung des Arbeitspunktes der Aktuatoren 12, 13 Hydraulikflüssigkeit 15 in die Rückflussleitung 9 nachfließen kann.
Aufgrund des Umstandes, dass jede der beiden Kammern 5, 6 des Hydraulikzylinders 2 mit der Druckleitung 8 und der Rückflussleitung 9 verbunden ist und in diesen Leitungen jeweils ein der jeweiligen Kammer zugeordnetes Rückschlagventil angeordnet ist, wird in beiden Bewegungsrichtungen A und B des Kolbens 3 ein Volumenstrom für das System bereitgestellt. Die Rückschlagventile stellen dabei sicher, dass das Fluid nicht im Kreis, von einer Kammer in die andere geschoben wird, und trotzdem vom Vorratsbehälter 14 Hydraulikflüssigkeit nachfließen kann, um Leckage auszugleichen und Medium für die Verschiebung bereitzustellen. Durch die permanente Volumenförderung durch Doppelhub ergibt sich somit eine sehr hohe Verfügbarkeit des Systems.
Beim Betätigen des Elektromotors 4 und damit der Spindel 7 wird der Kolben 3 im Hydraulikzylinder 2 bewegt, der dann durch die Verdrängung ein entsprechendes Hydraulikvolumen befördert, um mindestens einen Aktuator anzusteuern.
Im Ausführungsbeispiel ist die Ansteuerung der beiden Aktuatoren 12, 13 veranschaulicht, die als Stellzylinder ausgebildet sind. Der Stellzylinder 12 weist einen entgegen der Kraft einer Feder 27 beaufschlagbaren Kolben 28 auf, wobei die einzige Kammer 29 des Aktuators 12 mit einer Leitung 30 verbunden ist, die zum Magnetventil 10 führt. Dieses Magnetventil 10 ist mit einem Abschnitt 31 der Druckleitung 8 verbunden, der mit dem Abschnitt 20 der Druckleitung 8 verbunden ist. Des Weiteren ist das Magnetventil 10 mit einem Abschnitt 32 der Rückflussleitung 9 verbunden, der mit dem Abschnitt 25 der Rückflussleitung 9 verbunden ist. Das Magnetventil 10 ist somit als 3/2-Wegeventil ausgebildet und gestattet damit im einen Fall die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit über die Druckleitung 8 und die Leitung 30 zur Kammer 29 und im anderen Fall das Abführen der Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 29 durch die Leitung 30 und die Rückflussleitung 9.
Der andere Aktuator 13 weist einen beidseitig hydraulisch beaufschlagbaren Kolben 33 auf, womit eine erste Kammer 34 und eine zweite Kammer 35 des Aktuators 13 gebildet ist.
Die Kammer 34 steht über eine Leitung 36 und die Kammer 35 über eine Leitung 37 mit dem Magnetventil 11 in Verbindung. Das Magnetventil 11 ist über einen Abschnitt 38 der Druckleitung 8 mit dem Abschnitt 20 der Druckleitung 8 verbunden, ferner ist das Magnetventil 11 über einen Abschnitt 39 der Rückflussleitung 9 mit dem Abschnitt 25 der Rückflussleitung 9 verbunden. Bei dem Magnetventil 11 handelt es sich um ein 4/3-Wegeventil, womit Hydraulikflüssigkeit durch die Druckleitung 8 und die Leitungen 36 bzw. 37 entweder der Kammer 34 oder der Kammer 35 zugeleitet werden kann, oder aber Hydraulikflüssigkeit aus der Kammer 34 oder der Kammer 35 über die Leitung 36 bzw. 37 der Rückflussleitung 9 zugeführt werden kann.

1: Hydraulikaggregat
2: Hydraulikzylinder
3: Kolben
4: Antrieb
5: erste Kammer
6: zweite Kammer
7: Spindel
8: Druckleitung
9: Rückflussleitung
10: Magnetventil
11: Magnetventil
12: Aktuator
13: Aktuator
14: Vorratsbehälter
15: Hydraulikflüssigkeit
16: Abschnitt
17: Rückschlagventil
18: Abschnitt
19: Rückschlagventil
20: Abschnitt
21: Abschnitt
22: Rückschlagventil
23: Abschnitt
24: Rückschlagventil
25: Abschnitt
26: Leitung
27: Feder
28: Kolben
29: Kammer
30: Leitung
31: Abschnitt
32: Abschnitt
33: Kolben
34: erste Kammer
35: zweite Kammer
36: Leitung
37: Leitung
38: Abschnitt
39: Abschnitt
A: Bewegungsrichtung des Kolbens
B: Bewegungsrichtung des Kolbens

Claims

Druckerzeugungsaggregat (1) zum Bereitstellen eines Volumenstroms zum Antrieb mindestens eines Aktuators (12, 13) mit einem Hydraulikzylinder (2), dessen Kolben (3) mittels eines Antriebs (4) verstellbar ist, wobei der Kolben (3) den Hydraulikzylinder (2) in zwei Kammern (5, 6) unterteilt, jede Kammer (5, 6) mittels einer Druckleitung (8) und einer Rückflussleitung (9) über eine Ventilanordnung (10, 11) mit dem Aktuator (12, 13) verbunden ist, und die jeweilige Druckleitung (8) in einem Bereich (16, 18) mit einer Einrichtung (17, 19) versehen ist, die einen Fluss des Hydraulikmediums zu der dieser Druckleitung (8) zugeordneten Kammer (5, 6) sperrt, sowie die jeweilige Rückflussleitung (9) in einem Bereich (21, 23) mit einer Einrichtung (22, 24) versehen ist, die einen Fluss des Hydraulikmediums von der dieser Rücklaufleitung (9) zugeordneten Kammer (5, 6) zum Aktuator (12, 13) sperrt.
Aggregat nach Anspruch 1, wobei mehrere Aktuatoren (12, 13), insbesondere zwei Aktuatoren (12, 13) vorgesehen sind.
Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, wobei der jeweilige Aktuator (12, 13) als Stellzylinder ausgebildet ist, insbesondere mit beidseitig hydraulisch beaufschlagbarem Stellkolben (33) oder einseitig, entgegen der Federkraft, hydraulisch beaufschlagbarem Stellkolben (28).
Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die jeweilige Rückflussleitung (9), in einem Bereich (25) zwischen der Ventilanordnung (10, 11) und der Einrichtung (22, 24), die den Fluss des Hydraulikmediums von der dieser Rückflussleitung (9) zugeordneten Kammer (5, 6) zum Aktuator (12, 13) sperrt, mit einem Hydraulikmedium (15) aufnehmenden Behälter (14) verbunden ist.
Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Druckleitungen (8, 8) zwischen den Einrichtungen (17, 19), die den Fluss des Hydraulikmediums zu den Kammern (5, 6) sperren, und der Ventilanordnung (10, 11) zusammengeführt sind.
Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die beiden Rückflussleitungen (9, 9) zwischen den Einrichtungen (22, 24), die den Fluss des Hydraulikmediums von den Kammern (5, 6) zu mindestens einem Aktuator (12, 13) zu sperren, und der Ventilanordnung (10, 11) zusammengeführt sind.
Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung (17, 19) zum Sperren des Flusses des Hydraulikmediums in der jeweiligen Druckleitung (8) und/oder die Einrichtung (22, 24) zum Sperren des Flusses des Hydraulikmediums in der jeweiligen Rückflussleitung (9) als Rückschlagventil (17, 19, 22, 24), Membranventil oder elektrisch ansteuerbares Sperrventil ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Antrieb (4) als Elektromotor ausgebildet ist, insbesondere als Elektromotor, mittels dessen über eine Spindel (7) der Kolben (3) des Hydraulikzylinders (2) beweglich ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ventilanordnung (10, 11) ein oder mehrere Ventile, insbesondere Magnetventile (10, 11) aufweist.
Aggregat nach Anspruch 9, wobei dem jeweiligen Aktuator (12, 13) ein Ventil (10, 11) zugeordnet ist, das als 3/2-Wegeventil oder 4/3-Wegeventil ausgebildet ist.