DE19903424C2 - Hydraulisches Stellglied und Scheinwerfer-Waschanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Stellglied mit einem Zylinder und einem in dem Zylinder durch eine gefrierfähige Hydraulikflüssigkeit gegen die Kraft eines Rückstellelements aus einer Anschlagpo­ sition verschiebbaren Kolben, insbesondere für Scheinwerfer-Waschanlagen in Fahrzeugen.

Derartige Stellglieder kommen insbesondere bei mo­ dernen Scheinwerfer-Waschanlagen für Kraftfahrzeuge zum Einsatz. Diese Scheinwerfer-Waschanlagen besit­ zen Spritzdüsenhalter, die an der Spitze eines Kol­ bens eines hydraulischen Stellglieds der genannten Art montiert sind und die bei Bedarf aus einer in der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem Stoßfänger versenkten Stellung, die der Anschlagposition des Kolbens entspricht, in eine Arbeitsstellung ausgefahren werden, in der die Spritzdüse in der Lage ist, Waschflüssigkeit auf einen Scheinwerfer zu sprühen. Die Waschflüssigkeit dient gleichzeitig als Hydraulikflüssigkeit, die in den Zylinder gepumpt wird, um den Kolben aus der Anschlagposition in die Arbeitsposition zu, ver­ schieben.

Als Wasch- beziehungsweise Hydraulikflüssigkeit werden im allgemeinen wässrige Lösungen beziehungs­ weise Gemische verwendet, die bei niedrigen Tempe­ raturen einfrieren können und sich dabei ausdehnen. Wenn Hydraulikflüssigkeit in einem Stellglied be­ kannter Bauart gefriert und sich dabei ausdehnt, wird dabei der Kolben des Stellglieds nach außen getrieben.

Dies macht sich insbesondere bei Scheinwerfer- Waschanlagen störend bemerkbar, wie anhand der Fig. 3A bis 3C beschrieben, die eine herkömmliche Scheinwerfer-Waschanlage in drei verschiedenen Be­ triebszuständen zeigen.

In Fig. 3A ist die Scheinwerfer-Waschanlage 1 in einem Ruhezustand dargestellt. Sie umfaßt einen Zy­ linder 2 mit einem darin verschiebbaren Kolben, der eine hohle Kolbenstange 3 trägt, anderen Ende eine Sprühdüse 5 für eine Waschflüssigkeit montiert ist. Die ganze Scheinwerfer-Waschanlage 1 ist im Innern eines Stoßfängers 4 eines Kraftfahrzeugs versenkt, der in der Figur schematisch als Begrenzungslinie dargestellt ist.

Am Bodenende des Zylinders 2 befindet sich ein Ein­ laßstutzen 6 für Wasch- beziehungsweise Hydraulik­ flüssigkeit.

Wenn durch diesen Einlaßstutzen 6 Hydraulikflüssig­ keit in den Zylinder 2 gepumpt wird, verdrängt die­ se den Kolben entgegen der Kraft einer nicht darge­ stellten Feder, so daß die Kolbenstange 3 mit der daran montierten Sprühdüse 5 ausgefahren wird und beginnt, eine Klappe 7 im Stoßfänger 4 zu öffnen, wie in Fig. 3B dargestellt. Gleichzeitig erreicht die Hydraulikflüssigkeit durch die hohle Kolben­ stange 3 hindurch die Sprühdüse 5.

Fig. 3C zeigt die Scheinwerfer-Waschanlage mit vollständig ausgefahrener Kolbenstange 3. Die Sprühdüse 5 ist aus dem Bereich der Klappe 7 ausge­ treten und ist so positioniert, daß sie einen (nicht dargestellten) Scheinwerfer besprühen kann. Ein druckgesteuertes Ventil an der Sprühdüse 5 gibt erst bei Erreichen der in Fig. 3C gezeigten Stel­ lung den Durchgang der Wasch- beziehungsweise Hy­ draulikflüssigkeit durch die Sprühdüse 5 frei.

Die Spritzdüse 5 kehrt unter der Wirkung einer Rückstellfeder (nicht dargestellt) in die Ruheposi­ tion zurück, wenn der Flüssigkeitsdruck am Einlaß­ stutzen 6 weggenommen wird. Gleichzeitig wird die Klappe 7 mit Hilfe einer zweiten Rückstellfeder wieder verschlossen.

Eine solche Scheinwerfer-Waschanlage wird üblicher­ weise mit einer wässrigen Waschflüssigkeit betrie­ ben, die durch Beimischung von Frostschutzmittel einfriersicher gemacht ist.

Friert die Scheinwerfer-Waschanlage jedoch wegen zu gering dosiertem oder ganz fehlendem Frostschutz­ mittel ein, so fährt die Kolbenstange 3 aus der Fig. 3A gezeigten Ruhestellung auch ohne Flüssig­ keitszufuhr ein Stück weit aus, um Platz für das im Innern des Zylinders 2 entstehende Eis zu schaffen.

Im Interesse eines kompakten Aufbaus befindet sich die Sprühdüse 5 in der Ruheposition in einem mini­ malen Abstand von der Klappe 7. Wenn sich durch Einfrieren die Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 2 herausschiebt, kommt die Sprühdüse 5 in Kontakt mit der Klappe 7 und öffnet diese ein Stück weit.

Das gleiche Problem ergibt sich, wenn anstelle der am Stoßfänger angelenkten Klappe 7 eine auf der Sprühdüse 5 fest montierte Kappe verwendet wird, die in der Ruheposition der Scheinwerfer- Waschanlage mit dem Stoßfänger bündig ist.

Wenn die Klappe 7 infolge der Ausdehnung des Eises im Zylinder 2 teilweise offen steht und gleichzei­ tig die Waschanlage - weil sie eingefroren ist - nicht arbeitet, besteht die Gefahr, daß ein Fahrer des Fahrzeugs oder Werkstattpersonal versucht, die Klappe 7 zuzudrücken. Dabei kann die Klappe 7, die Sprühdüse 5 oder das Stellglied beschädigt werden.

Ferner ist aus der DE 41 21 316 C2 eine Schein­ werfer-Waschvorrichtung bekannt, welche ein hydrau­ lisches Stellglied aufweist, das zum Positionieren eines Spritzdüsenhalters dient. Bei diesem bekann­ ten Stellglied wird die Waschflüssigkeit, in der Regel eine wässrige Lösung, gleichzeitig als Hydraulikfluid für das Stellglied genutzt. Durch Einpumpen der Waschflüssigkeit in das Stellglied wird zunächst der Kolben des Stellglieds aus seiner Anschlag- oder Ruheposition in eine Arbeitsstellung ausgefahren, in der die Spritzdüse in der Lage ist, die Waschflüssigkeit auf einen Scheinwerfer zu sprühen. Wenn ein Grenzdruck der Waschflüssigkeit in dem Zylinder überschritten ist, öffnet ein im Kolben montiertes Absperrventil, und die Waschflüs­ sigkeit kann die Düse erreichen und austreten. Es ist nicht zu vermeiden, daß sich auch in der Ruhe­ stellung des Stellglieds eine gewisse Menge der Waschflüssigkeit im Zylinder oder dessen Zuleitun­ gen befindet. Bei der Verwendung von wasserhaltigen Hydraulikfluiden ergibt sich das Problem, daß das Volumen des Wassers beim Gefrieren sprunghaft zu­ nimmt, und der Kolben somit aus seiner Ruhestellung ein Stück weit herausgedrängt wird.

Ferner beschreibt die DE 85 00 855 U1 ein hydrau­ lisches Stellglied, das zur Kompensation einer tem­ peraturbedingten Ausdehnung der Hydraulikflüssig­ keit ein volumenelastisches Element aufweist, des­ sen Steife mit der Temperatur variiert. Dabei nimmt dessen Steife mit zunehmender Temperatur ab, so daß eine thermische Ausdehnung des Hydraulikfluids, die andernfalls zu einer Druckerhöhung führen würde, durch ein Weicherwerden und, damit einhergehend, eine verstärkte Kompression des volumenelastischen Elements ausgeglichen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Stellglied anzugeben, bei dem das Gefrieren der Hydraulikflüssigkeit im Stellglied nicht zu einer Auslenkung des Stellglieds aus seiner Ruheposition führt.

Vorteile der Erfindung

Durch die Erfindung wird ein hydraulisches Stell­ glied der eingangs genannten Art geschaffen, bei dem die Ausfahrbewegung der Kolbenstange im ver­ eisten Zustand deutlich reduziert beziehungsweise vollständig unterdrückt ist. Ein solches Stellglied ist daher auch im eingefrorenen Zustand vollständig versenkt und läuft nicht Gefahr, beschädigt zu wer­ den.

Dies wird bei einem Stellglied der eingangs genann­ ten Art dadurch erreicht, daß ein volumenelasti­ sches Element vorgesehen wird, das durch die Hy­ draulikflüssigkeit in der Verschiebungsrichtung des Kolbens komprimierbar ist und dessen Steife in einem nicht komprimierten Zustand geringer ist als die des Rückstellelements in der Anschlagposition. Dieses volumenelastische Element nimmt beim Ein­ frieren des Stellglieds die Volumenzunahme des Eises auf, ohne daß der Kolben gegen die Kraft des Rückstellelements nach außen gedrängt wird.

Es ist vorgesehen, daß dieses volumenelastische Element an einem dem Kolben gegenüberliegenden Bo­ den des Zylinders angeordnet ist. So beeinflußt es bei ausgefahrenem Kolben nicht die Strömungsver­ hältnisse im Stellglied und bewirkt insbesondere keinen wesentlichen Druckabfall der durch den Zy­ linder zur Sprühdüse strömenden Waschflüssigkeit während des Waschbetriebs.

Der Kolben kann in seiner Anschlagposition direkt an dem volumenelastischen Element anliegen, so daß dieses gegebenenfalls in der Lage ist, entlang der Achse des Kolbens wirkende Druckkräfte abzufedern.

Das volumenelastische Element kann aus einem ge­ schlossenporigem Schaumstoff gebildet sein, oder es kann eine elastische Membran umfassen.

Des weiteren ist vorgesehen, daß das volumenela­ stische Element in der Anschlagposition in das offene Ende des rohrförmigen Kolbens eingreift. Dies erlaubt eine Unterbringung des volumenelasti­ schen Elements ohne Volumenzunahme des gesammten Stellglieds bei gleichzeitiger Verringerung des in der Anschlagposition im Stellglied enthaltenen Flüssig­ keitsvolumens.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len.

Figuren

Fig. 1 und 2 zeigen jeweils den Bodenbereich des Stellglieds einer Schein­ werfer-Waschanlage nach zwei verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung; und

Fig. 3A bis 3C zeigen eine in einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs eingebaute Scheinwerfer-Waschanlage in drei verschiedenen Positionen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch den Bodenbe­ reich eines hydraulischen Stellglieds gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Es umfaßt einen Zylinder 2 mit einem Einlaßstutzen 6 für Hydraulik­ flüssigkeit, der in eine Druckkammer 8 innerhalb des Zylinders 2 mündet. In der Druckkammer 8 er­ streckt sich ein Kolben 9 mit einer Kolbenstange 3, die an dem zweiten, nicht dargestellten Ende des Zylinders 2 axial geführt ist. In einem ringförmi­ gen Hohlraum des Kolbens 9, zwischen der hohlen Kolbenstange 3 und einem diese koaxial umgebenden Mantel 10, erstreckt sich eine Rückstellfeder 11 in Form einer Schraubenfeder. Die Rückstellfeder 11 ist an ihrem nicht dargestellten Ende am Zylinder 2 abgestützt und drückt mit ihrem in der Figur ge­ zeigten, linken Ende auf eine an dem Mantel 10 ringförmig verlaufende Schulter 12. Wenn kein Flüs­ sigkeitsdruck am Einlaßstutzen 6 anliegt, hält die Rückstellfeder 11 den Kolben 9 in der in der Figur gezeigten Anschlagposition, in der das offene Ende des Kolbens 9 beziehungsweise der Kolbenstange 3 am Boden 13 des Zylinders anliegt. Eine flexible Gum­ mihaut 14 umgibt den Mantel 10 und dichtet den ringförmigen Hohlraum zwischen dem Mantel 10 und der Kolbenstange 3 gegen die Kammer 8 ab.

Der die Kolbenstange 3 durchlaufende Hohlraum 23 verbindet die Druckkammer 8 mit einer Sprühdüse, die wie in Fig. 3A gezeigt, an der vom Zylinder 2 abgewandten Spitze der Kolbenstange 3 montiert ist.

Wenn der hydrostatische Druck der Flüssigkeit in der Kammer 8 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, öffnet ein der Sprühdüse zugeordnetes druckbetätigtes Ventil, und Flüssigkeit wird ver­ sprüht.

Ein volumenelastisches Element 15 greift durch eine Öffnung im Boden 13 des Zylinders 2 in das offene Ende des Kolbens 9 beziehungsweise der Kolbenstange 3 ein.

Das volumenelastische Element umfaßt einen im we­ sentlichen zylindrischen, in den Hohlraum 23 des Kolbens 9 eingreifenden Finger 16, der mit einem im wesentlichen formstabilen Fuß 17 durch eine kegel­ stumpfförmige Membran 18 verbunden ist.

Eine Schraubenfeder 19, die zwischen einem vom Fuß 17 ausgehenden Führungsstift 20 und einer Innenwand des hohlen Fingers 16 axial geführt ist, hält den Finger 16 in den Hohlraum 23 des Kolbens 9 hinein­ gedrückt.

Die Steife des volumenelastischen Elements 15 ist geringer als die der Rückstellfeder 11 in der An­ schlagposition, so daß, wenn Flüssigkeit innerhalb der Kolbenstange 3 gefriert, der Finger 16 in der Figur axial nach links zurückgedrängt wird und die elastische Membran 18 verformt beziehungsweise ge­ staucht wird, um dem entstehenden Eis Platz zu machen, der Kolben 9 aber nicht ausgefahren wird. Da­ bei entweicht Luft aus dem Innern des volumenela­ stischen Elements 15 durch eine Druckausgleichsöff­ nung 21 im Fuß 17.

Wenn das Stellglied im Waschbetrieb einer Schein­ werfer-Waschanlage eingesetzt wird, wird der Finger 16 durch den Druck der Waschflüssigkeit ebenfalls in der Figur axial nach links verschoben, bis der Finger 16 auf der Spitze des Führungsstifts 20 auf­ liegt. Diese Volumenänderung ist gering im Ver­ gleich zum Volumen der Kammer 8 bei ausgefahrenem Kolben 9 und beeinflußt nicht die Funktion der Waschanlage.

Fig. 2 zeigt in einer Darstellung entsprechend der aus Fig. 1 den Bodenbereich eines hydraulischen Stellglieds für eine Scheinwerfer-Waschanlage gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Der Auf­ bau des Kolbens 9 mit hohler Kolbenstange 3, Mantel 10, Rückstellfeder 11 etc. ist der gleiche wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Der Boden 13 des Zy­ linders 2 ist bei dieser Ausgestaltung geschlossen und weist eine Ausbuchtung 22 auf, in der als volu­ menelastisches Element 15 ein Körper aus einem ge­ schlossenporigen Schaumstoff, zum Beispiel Moosgum­ mi (EPDM) angeordnet ist.

In der in Fig. 2 gezeigten Anschlagposition be­ rührt das offene Ende der Kolbenstange 3 den Moos­ gummikörper. Wenn die Flüssigkeit im Hohlraum 23 der Kolbenstange 3 gefriert, kann sie sich in Rich­ tung des Moosgummikörpers ausdehnen und in diesen eine Vertiefung eindrücken. So wird Platz für die Volumenzunahme des Eises geschaffen, ohne daß der Kolben 9 ausfahren muß.

Im normalen Waschbetrieb der Scheinwerfer- Waschanlage wird der Moosgummikörper durch den hy­ drostatischen Druck der vom Einlaßstutzen 6 durch die Kolbenstange 3 zur (nicht gezeigten) Sprühdüse fließenden Hydraulik- beziehungsweise Waschflüssig­ keit komprimiert. Diese Kompression ist aber eben­ falls gering im Vergleich zum Volumen der Kammer 8 bei ausgefahrenem Kolben 9 und ist ohne Einfluß auf den Waschbetrieb.

Claims (10)

1. Hydraulisches Stellglied mit einem Zylinder (2) und einem in dem Zylinder (2) durch eine gefrierfä­ hige Hydraulikflüssigkeit gegen die Kraft eines Rückstellelements (11) aus einer Anschlagposition verschiebbaren Kolben (9), insbesondere für Schein­ werfer-Waschanlagen in Fahrzeugen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es ein volumenelastisches Element (15) umfaßt, das durch die Hydraulikflüssigkeit in der Verschiebungsrichtung des Kolbens (9) kompri­ mierbar ist und dessen Steife in einem nicht kom­ primierten Zustand geringer ist als die des Rück­ stellelements (11) in der Anschlagposition.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das volumenelastische Element (15) an einem dem Kolben (9) gegenüberliegenden Boden (13) des Zylinders angeordnet ist.

3. Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) durch ein zu einer Druckkammer (8) des Zylinders (2) offenes Rohr gebildet ist.

4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (9) in der Anschlagposition mit seinem offenen Ende an dem volumenelastischen Ele­ ment (15) anliegt.

5. Stellglied nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das volumenelastische Element (15) aus einem geschlossenporigen Schaumstoff ge­ bildet ist.

6. Stellglied nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das volumenelastische Element (15) eine elastische Membran (18) umfaßt.

7. Stellglied nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das volumenelastische Element (15) in der Anschlagposition in das offene Ende des rohrförmigen Kolbens (9) eingreift.

8. Stellglied nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß es an einem zweiten Ende des Kolbens eine verschließbare Austrittsöffnung für die Hydraulikflüssigkeit gibt.

9. Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Austrittsöffnung eine Sprühdüse (5) angeordnet ist.

10. Stellglied nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sprühdüse (5) ein druckbetätigtes Ventil zugeordnet ist, das bei Überschreitung eines Mindestdrucks der Hydraulikflüssigkeit öffnet.