DE19929431A1 - Hydraulischer Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Es wird ein hydraulischer Stellantrieb (20), insbesondere für eine Kupplung (10) beschrieben, der eine Steuerung (28, 28a) und eine mittels eines Antriebs (42) antreibbare Pumpe (41) aufweist, die aus einem Vorratsbehälter (40) Hydraulikflüssigkeit zur Verwendung in wenigstens einem Stellzylinder (21) pumpt. Um auf einen bisher üblichen separaten Füllstandssensor im Vorratsbehälter (40) für die Hydraulikflüssigkeit verzichten zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Füllstandsmessung indirekt über die Einschaltdauer der Pumpe (41) vorzunehmen. Dazu kann die Einschaltdauer der Pumpe (41) beispielsweise über einen Zeitzähler in der Steuerung (28a) oder ein entsprechendes Sensorelement (50) erfolgen, das mit der Steuerung (28a) verbunden oder in dieser integriert ist. Die gemessenen Zeitwerte werden mit Zeit-Schwellwerten verglichen, die in der Steuerung (28a) abgelegt sind. In den Zeit-Schwellwerten sind zusätzliche Systemdaten des hydraulischen Stellantriebs (20) berücksichtigt, die über entsprechende Sensorelemente (52, 54, 56, 58) erfaßt und an die Steuereinrichtung (28a) weitergeleitet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb, mit einer Steuerung und einer mittels eines Antriebs antreibbaren Pumpe, die aus einem Vorratsbehälter Hydraulikflüssigkeit zur Verwendung in wenigstens einen Stellzylinder pumpt.

Solche hydraulischen Stellantriebe sind bereits bekannt und werden unter anderem zum Anstellen von Kupplungen, Getrieben, insbesondere automatisierten Schaltgetrieben oder dergleichen, verwendet.

Ein hydraulischer Stellantrieb der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der von der Anmelderin ebenfalls eingereichten DE 196 47 940 A1 beschrieben.

Bei hydraulischen Stellantrieben sind zu deren Betrieb bisher eine Vielzahl von Sensorelementen zur Bestimmung von Systemdaten erforderlich. Die Verwendung von solchen Sensorelementen ist jedoch oftmals von Nachteil. Insbesondere sind derartige Sensoren in der Regel konstruktiv aufwendig und teuer, da sie separat gefertigt und anschließend eingebaut werden müssen. Außerdem treten in der Praxis nicht selten Situationen auf, in denen Sensorelemente, beispielsweise auf Grund ihrer Einbaulage, fehlerhafte Daten übermitteln. Es besteht somit das Bedürfnis, Systemdaten des hydraulischen Stellantriebs nicht direkt über entsprechende Sensoren, sondern indirekt über die Erfassung anderer Systemwerte zu messen.

In der DE 196 47 940 wird eine Lösung beschrieben, in der auf die Verwendung eines bestimmten Drucksensors verzichtet werden kann. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen hydraulischen Stellantrieb ist unter anderem ein Druckspeicher vorhanden, in den die Pumpe Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter pumpt. Der Druckspeicher ist weiterhin mit dem Stellzylinder verbunden. Um den bisher im Druckspeicher erforderlichen Drucksensor ersetzen zu können, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, den im Druckspeicher herrschenden Druck über Daten im Hinblick auf den Antrieb der Pumpe zu bestimmen, wobei diese in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Antriebs gesteuert wird.

Eine andere wichtige Größe, die in hydraulischen Stellantrieben bestimmt und überwacht werden muß, ist der Füllstand an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter. Die Hydraulikflüssigkeit wird in der Regel dazu verwendet, den Stellzylinder des hydraulischen Stellantriebs, und über diesen nachgeschaltete Vorrichtungen wie Kupplungen, Getriebe oder dergleichen, zu betätigen. Um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten, muß immer genügend Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter vorhanden sein.

Bisher wird die Füllstandsmessung mit separaten Füllstandssensoren durchgeführt, die im Vorratsbehälter angeordnet sind. Ein solches System weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So ist es zum einen kostenintensiv; da der zusätzliche Sensor zunächst separat gefertigt und anschließend in dem hydraulischen Stellantrieb eingebaut und entsprechend verschaltet werden muß. Weiterhin können in bestimmten Situationen fehlerhafte Meßwerte vom Füllstandssensor geliefert werden. Wenn der hydraulische Stellantrieb etwa in einem Fahrzeug verwendet wird, ist es beispielsweise möglich, daß der Füllstandssensor einen zu niedrigen Füllstandswert erkennt, wenn sich das Fahrzeug im geneigten Zustand befindet, wie dies beispielsweise am Berg oder während Kurvenfahrten auftreten kann. Wenn das Sensorelement mit einer Warnleuchte verbunden ist, kann dies zu einem Flackern in der Warnleuchte führen, was den Fahrer des Fahrzeugs obendrein visuell irritiert.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Stellantrieb bereitzustellen, bei dem die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein hydraulischer Stellantrieb der eingangs genannten Art derart weitergebildet werden, daß auf einen separaten Füllstandssensor verzichtet werden kann und dennoch Aussagen über den Füllstand gemacht werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Weiterbildung des eingangs beschriebenen hydraulischen Stellantriebs erreicht, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Messung des Füllstands im Vorratsbehälter durch die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe erfolgt. Bevorzugte Ausführungsformen des hydraulischen Stellantriebs ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des hydraulischen Stellantriebs wird erreicht, daß auf den bisher erforderlichen, nachteiligen separaten Füllstandssensor nunmehr verzichtet werden kann. Dabei basiert die Erfindung auf dem Grundgedanken, daß die Füllstandsmessung nicht direkt, sondern indirekt über die Messung bestimmter Systemdaten erfolgt. Wenn der hydraulische Stellantrieb beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet wird, kann auf diese Weise unabhängig von der Neigung des Fahrzeugs immer eine genaue Aussage über den Füllstand der Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter gemacht werden.

Überraschenderweise wurde herausgefunden, daß sich Aussagen über den Füllstand an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter über die Kenntnis der Einschaltdauer der Pumpe machen lassen. Durch die Messung der Einschaltdauer der Pumpe kann der Aufbau des hydraulischen Systemdrucks im hydraulischen Stellantrieb ermittelt werden, da die Pumpe für den Aufbau dieses Drucks verantwortlich ist. Die genaue. Funktionsweise dieser Füllstandsmessung wird im weiteren Verlauf der Beschreibung in größerem Detail erläutert.

Die erfaßten Werte für die Einschaltdauer werden in der Steuerung des hydraulischen Stellantriebs abgelegt, aufbereitet und weiterverarbeitet. Auf Grund der Zeitdauer, in der die Pumpe in Betrieb war, lassen sich Aussagen über den Füllstand an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter machen, wie nachfolgend erläutert wird.

Üblicherweise handelt es sich bei hydraulischen Stellantrieben der genannten Art um im wesentlichen geschlossene Systeme. Zur Betätigung einer mit dem Stellzylinder des hydraulischen Stellantriebs verbundenen Vorrichtung, beispielsweise einer Kupplung oder eines Getriebes, wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter mittels der Pumpe zur Verwendung in einen Stellzylinder gepumpt. Beispielsweise kann zwischen der Pumpe und dem Stellzylinder ein wie in der DE 196 47 940 beschriebener Druckspeicher vorhanden sein, in den die Hydraulikflüssigkeit zunächst hineingepumpt wird. Anschließend wird die Hydraulikflüssigkeit dem Stellzylinder aus diesem Druckspeicher zur Verfügung gestellt.

Wenn der Stellzylinder des hydraulischen Stellantriebs beispielsweise mit einer Kupplung verbunden ist, wird beim Öffnen der Kupplung Hydraulikflüssigkeit im Stellzylinder benötigt. Wenn die Kupplung erneut geschlossen wird, strömt die im Stellzylinder befindliche Hydraulikflüssigkeit über eine entsprechende Rückführleitung in den Vorratsbehälter zurück. Wenn der hydraulische Stellantrieb in Verbindung mit anderen Vorrichtungen, beispielsweise einem Getriebe oder dergleichen, verwendet wird, ergibt sich dessen Funktionsweise in äquivalenter Weise.

Wenn im Vorratsbehälter genügend Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist, wird die Pumpe nach dem Einschalten eine bestimmte Zeitdauer benötigen, bis der erforderliche Systemdruck im hydraulischen Stellantrieb aufgebaut ist. Wenn sich dieser Zeitraum verlängert, ist dies ein Indiz dafür, daß die Flüssigkeitsmenge im Vorratsspeicher zu gering ist. Beispiele hierfür werden im weiteren Verlauf der Beschreibung ausführlicher erläutert.

Die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe muß nicht in bestimmter Weise erfolgen, so daß die Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt ist. Wichtig ist lediglich eine genaue Erfassung der Zeitdauer der Pumpe, in der diese in Betrieb ist. Zwei Beispiele für die geeignete Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe werden nachfolgend beschrieben, ohne daß die Erfindung auf die genannten Beispiele beschränkt ist.

Vorzugsweise kann die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe in der Steuerung erfolgen. Dazu kann beispielsweise ein in der Steuerung oder einem in der Steuerung vorgesehenen Microcontroller vorgesehener Zeitzähler, insbesondere ein Zeitzähler mit fester Zeitbasis, vorgesehen sein. In diesem Fall ist kein separates Sensorelement zur Erfassung der Einschaltdauer erforderlich.

Es ist jedoch auch denkbar, die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe über ein entsprechendes Sensorelement vorzunehmen, das als Sensor zur Erfassung des Zeitintervalls zwischen dem Einschaltzeitpunkt und dem Ausschaltzeitpunkt der Pumpe selbst oder von deren Antrieb ausgebildet ist und das mit der Steuerung verbunden oder in dieser integriert ist. Wenn das Sensorelement in Verbindung mit der Drehbewegung der Pumpe selbst verwendet wird, kann es beispielsweise erfassen, wie lange sich die Pumpe nach deren Einschalten bewegt, etwa über eine Zeitmessung, eine Drehzahlmessung oder dergleichen. Wenn das Sensorelement mit dem Antrieb für die Pumpe gekoppelt ist, kann es beispielsweise erfassen, wie lange der Antrieb nach dem Einschalten eingeschaltet bleibt.

In weiterer Ausgestaltung kann wenigstens ein weiteres Sensorelement zur Erfassung von Systemdaten des hydraulischen Stellantriebs vorgesehen sein, das/die mit der Steuerung verbunden ist/sind. Einige Beispiele für derartige Systemdaten, die jedoch nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen sind, werden nachfolgend beschrieben.

So kann das weitere Sensorelement beispielsweise als Sensorelement zur Bestimmung des Systemdrucks ausgebildet sein. Die Kenntnis des Systemdrucks im hydraulischen Stellantrieb ist von besonderem Interesse, da dieser Systemdruck bestimmend für die Einschaltdauer der Pumpe sein kann. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, bleibt die Pumpe in der Regel solange in Betrieb, bis der gewünschte, beziehungsweise vorgegebene, Systemdruck im hydraulischen Stellantrieb erreicht ist. Sobald der erforderliche Systemdruck erreicht wurde, wird die Pumpe wieder abgeschaltet. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann der Systemdruck auf direkte oder indirekte Weise gemessen werden. Bei der direkten Messung des Systemdrucks ist in der Regel ein Drucksensor vorgesehen, der an einem geeigneten Ort im hydraulischen Stellantrieb angeordnet ist. Wenn der hydraulische Stellantrieb beispielsweise über einen wie oben beschriebenen Druckspeicher verfügt, ist der Drucksensor vorteilhaft innerhalb von diesem Druckspeicher angeordnet.

Sobald die Pumpe eingeschaltet wird, wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in das System, beispielsweise in den Druckspeicher, gepumpt, bis der erforderliche Druck erreicht ist. Bei Erreichen dieses Drucks wird über den Drucksensor ein entsprechendes Signal an die Steuerung geleitet, die dann die Pumpe wieder ausstellt. Der Zeitraum zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten der Pumpe wird durch das Sensorelement zur Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe gemessen. Dieser gemessene Zeitraum wird mit in der Steuerung abgelegten Referenzdaten verglichen; was im weiteren Verlauf der Beschreibung noch eingehender erläutert wird. Auf Grund dieses Vergleichs lassen sich Aussagen darüber machen, ob der Füllstand im Vorratsbehälter ausreichen hoch ist.

Wie im Zusammenhang mit dem in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik bereits ausgeführt wurde, ist es besonders wünschenswert, auf separate Sensoren im hydraulischen Stellantrieb zu verzichten. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, den Systemdruck nicht auf direkte Weise mittels eines separaten Drucksensors, sondern auf indirekte Weise zu messen. Eine solche Druckmessung ist in der oben genannten DE 196 47 940 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Erfindung einbezogen wird. Danach wird vorgeschlagen, den Druck über den Antrieb der Hydraulikpumpe zu ermitteln, die in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme des Antriebs gesteuert wird. Dabei werden zwei unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten beschrieben.

Zum einen kann die Leistungsaufnahme des Antriebs, beispielsweise eines Elektromotors, einfach über den Motorstrom mittels eines Strommessers sensiert werden. Solche Strommesser sind preiswerte Standardbauteile. Ist der Motorstrom hoch, so ist die Leistungsaufnahme groß. Dadurch kann auf einen hohen Druck, beispielsweise im Druckspeicher, geschlossen werden. Um durch Sensierung des Motorstroms auf den Systemdruck schließen zu können, ist es erforderlich, daß die Kennlinie von Leistungsaufnahme des Antriebs der Pumpe zur Fördermenge der Pumpe, beziehungsweise zum Gegendruck des Systems, beispielsweise zum Gegendruck im Druckspeicher, bekannt ist. Diese Kenndaten können für die Pumpe beziehungsweise für das System einmal ermittelt werden, so daß im folgenden von diesen Kenndaten ausgegangen werden kann.

Eine andere Lösungsvariante sieht vor, die Leistungsaufnahme des Antriebs indirekt dadurch zu sensieren, daß die Drehzahl der Pumpe gemessen wird. Für diese Anordnung muß die Kennlinie von Drehzahl in Abhängigkeit von dem Druck bekannt sein.

Bei den beiden beschriebenen Lösungsformen wird die Druckbeaufschlagung des Systems, beziehungsweise des Druckspeichers, nunmehr indirekt über Daten der Pumpe, beziehungsweise des Antriebs, gesteuert.

In weiterer Ausgestaltung kann das weitere Sensorelement als Sensorelement zur Bestimmung der Temperatur ausgebildet sein. Grundsätzlich können für den hydraulischen Stellantrieb, und damit auch für die Füllstandsmenge der Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter, verschiedene Temperaturen von Bedeutung sein. Zu nennen ist hier zum einen die Umgebungstemperatur des hydraulischen Stellantriebs, so daß das Sensorelement als Temperatursensor für die Umgebungstemperatur ausgebildet sein kann. Andererseits kann auch die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit selbst von Interesse sein. Üblicherweise nimmt die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit mit steigender Temperatur ab. Da die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit die Pumpgeschwindigkeit und Pumpdauer beeinflußt, ist deren Kenntnis bei der Bestimmung der Pumpdauer bis zum Erreichen des gewünschten Systemdrucks von Vorteil.

Vorteilhaft kann das weitere Sensorelement auch als Sensorelement zur Erfassung des Anstellstatus vom Stellzylinder und/oder als Sensorelement zur Erfassung des Anstellstatus einer mit dem Stellzylinder verbundenen Vorrichtung, insbesondere einer Kupplung oder eines Getriebes, ausgebildet sein. Ein solches Sensorelement kann beispielsweise als Weggeber oder dergleichen ausgebildet sein. Wenn ein Getriebe oder eine Kupplung über einen entsprechenden Aktuator betrieben beziehungsweise gestellt werden soll, wird Hydraulikflüssigkeit in den Stellzylinder gepumpt. Nach Beendigung des Schalt- beziehungsweise Stellvorgangs wird die Hydraulikflüssigkeit in der Regel zurück in den Vorratsbehälter fließen. Die genaue Kenntnis vom Anstellstatus des Stellzylinders, beziehungsweise von der Vorrichtung, gibt genaue Auskunft darüber, wieviel Hydraulikflüssigkeit sich momentan im Stellzylinder befindet.

Üblicherweise ist bei den zu berücksichtigenden Systemdaten, die für die Bestimmung des Füllstands an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter von Interesse sind, auch eine typische Leckage zu nennen. Diese Leckage ist in der Regel so gering, daß sie über die Lebensdauer des hydraulischen Stellantriebs vernachlässigbar bleiben kann. Sollte beispielsweise jedoch eine untypische Leckage hinzukommen, wie beispielsweise ein Rohrbruch oder dergleichen, geht über diese untypische Leckage relativ viel Hydraulikflüssigkeit verloren. Dadurch verringert sich die in dem Stellantrieb vorhandene Menge an Hydraulikflüssigkeit, insbesondere im Vorratsbehälter, so daß die Pumpe einen längeren Zeitraum benötigt, um den erforderlichen Systemdruck zu erzeugen. Das Auftreten einer solchen untypischen Leckage kann über die indirekte Füllstandsmessung ebenfalls erkannt werden, was weiter unten näher beschrieben wird.

Vorteilhaft kann/können zur Auswertung der zur Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe gemessenen Werte in der Steuerung ein oder mehrere Zeit-Schwellwerte abgelegt sein.

Vorzugsweise sind diese Zeit-Schwellwerte derart gebildet, daß in ihnen die vorstehend genannten Systemdaten berücksichtigt sind.

Die zur Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe gemessenen und in der Steuerung abgelegten Werte werden mit diesen Zeit- Schwellwerten verglichen. Bei Überschreiten der Zeit- Schwellwerte wird dann von einem Fehler ausgegangen.

Nachfolgend werden einige Beispiele für solche Zeit- Schwellwerte beschrieben, die jedoch rein exemplarischer Natur sind und keine abschließende Aufzählung bilden.

Beispielsweise kann es üblich sein, daß die Pumpe in einem hydraulischen Stellantrieb 6 Sekunden lang betätigt werden muß, um den erforderlichen Systemdruck, beispielsweise in einem Druckspeicher, zu erzeugen. Dieser Wert kann durch Versuchsmessungen ermittelt werden, wobei sich während der Versuchsmessungen immer ausreichend Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter befindet. Der auf diese Weise ermittelte Zeit- Schwellwert von sechs Sekunden wird in der Steuerung abgelegt.

Während des Betriebs des hydraulischen Stellantriebs werden die jeweils entstehenden Zeitintervalle, in denen die Pumpe künftig in Betrieb ist, erfaßt und in der Steuerung abgelegt. Innerhalb der Steuerung werden die aktuellen Meßwerte mit dem, beziehungsweise den, in der Steuerung abgelegten Zeit- Schwellenwert(en) verglichen. Sofern sich die gemessenen Zeitintervalle im Bereich von 6 Sekunden befinden, wird davon ausgegangen, daß sich im Vorratsbehälter eine genügend große Menge an Hydraulikflüssigkeit befindet.

Neben dem Zeit-Schwellwert für den fehlerfreien Normalbetrieb können in der Steuerung noch weitere Zeit-Schwellwerte abgelegt sein. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, geringe Verluste, beziehungsweise Leckagen, im hydraulischen Stellantrieb möglichst frühzeitig erkennen zu können. Dazu kann ein weiterer Zeit-Schwellwert, im vorliegenden Beispiel etwa mit einer Zeitdauer von 10 Sekunden, in der Steuerung abgelegt sein. Sofern die Pumpe zwischen 6 und 10 Sekunden benötigt, um den erforderlichen Systemdruck aufzubauen, ist dies als Indiz dafür zu werten, daß Hydraulikflüssigkeit aus dem hydraulischen Stellantrieb und damit aus dem Vorratsbehälter verloren gegangen ist. Dieser geringe Verlust an Hydraulikflüssigkeit kann beispielsweise erfaßt und in einer geeigneten Einrichtung gespeichert oder angezeigt werden. Wenn der Zeit-Schwellwert so gewählt ist, daß der Verlust an Hydraulikflüssigkeit nicht gravierend ist, kann dieser beispielsweise in einer Speichereinrichtung abgespeichert und der Fehler bei der nächsten Wartung des hydraulischen Stellantriebs behoben werden.

Weitere in der Steuerung abgelegte Zeit-Schwellwerte, im vorliegenden Beispiel etwa Schwellwerte von 12 oder 18 Sekunden, können als Warnung dienen, den hydraulischen Stellantrieb umgehend warten beziehungsweise reparieren zu lassen. Wenn diese beiden Schwellwerte überschritten werden, kann dies bedeuten, daß im hydraulischen Stellantrieb etwa eine untypische Leckage vorliegt, über die relativ viel Hydraulikflüssigkeit verloren geht. Auf Grund der verloren gegangenen Hydraulikflüssigkeit benötigt die Pumpe einen relativ langen Zeitraum, bis sie den erforderlichen Systemdruck aufgebaut hat. Wenn die Pumpdauer dabei den entsprechenden Schwellwert überschreitet, wird eine entsprechende Warnung aktiviert.

Vorteilhaft kann eine Speichereinrichtung und/oder eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein, die mit der Steuerung verbunden ist. Wenn die Pumpdauer der Pumpe beispielsweise den im obigen Beispiel genannten Schwellwert von 10 Sekunden überschreitet, kann dies bedeuten, daß zwar Hydraulikflüssigkeit verlorengeht, dieser Fehler jedoch nicht umgehend behoben werden muß. In diesem Fall wird eine solche Fehlermeldung vorteilhaft in der Speichereinrichtung gespeichert. Bei der nächsten Wartung des hydraulischen Stellantriebs kann diese Speichereinrichtung dann ausgelesen und der Fehler behoben werden. Wenn die Pumpdauer der Pumpe jedoch einen Schwellwert überschreitet, im obigen Beispiel beispielsweise 12 oder 18 Sekunden, wodurch eine umgehende Reparatur des hydraulischen Stellantriebs erforderlich wird, wird diese Fehlermeldung vorzugsweise in der Anzeigeeinrichtung visuell sichtbar dargestellt, so daß eine Reparatur des hydraulischen Stellantriebs unverzüglich eingeleitet werden kann.

Durch den wie vorstehend beschriebenen hydraulischen Stellantrieb wird es auf kostengünstige und sichere Weise möglich, Aussagen über den Füllstand an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter machen zu können, wobei auf zusätzliche Sensoren, die kostenintensiv, konstruktiv aufwendig und zudem fehleranfällig sind, verzichtet werden kann. Die für die indirekte Bestimmung des Füllstands erforderlichen Systemdaten müssen im hydraulischen Stellantrieb ohnehin ermittelt werden, so daß keine zusätzlichen Bauelemente erforderlich sind.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Fig. 1 in schematischer Ansicht einen erfindungsgemäßen hydraulischen Stellantrieb.

In Fig. 1 ist ein hydraulischer Stellantrieb 20 dargestellt, der zur Anstellung einer zwischen Motor und Getriebe eines Kraftfahrzeugs angeordneten Reibungskupplung 10 mit dieser verbunden ist. Der Ausrücker 11 der Kupplung 10 wird von einem hydraulischen Nehmerzylinder 12 in Öffnungsrichtung der Kupplung 10 betätigt. Der Nehmerzylinder 12 ist über eine Hydraulikleitung 13 mit einem hydraulischen Stellzylinder 21 des hydraulischen Stellantriebs 20 verbunden. Die Zylinderkammer 22 des Stellzylinders 21 wird von einem Kolben 25 in einen Geberraum 23 und einen Arbeitsraum 24 unterteilt. Der Druck im Geberraum 23 und damit im Nehmerzylinder 12 wird durch den Druck im Arbeitsraum 24 bestimmt. Durch Variation des Druckes im Arbeitsraum 24 kann damit die Position des Ausrückers 11 der Kupplung 10 zwischen einer die Kupplung 10 vollständig öffnenden und einer die Kupplung vollständig schließenden Stellung variiert werden.

Die Kupplung 10 wird mittels einer Steuerung 28 entsprechend der Betriebssituation des Kraftfahrzeugs sowohl beim Anfahren als auch beim Wechseln der Gänge des nicht mehr dargestellten Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs selbständig geöffnet und geschlossen. Die Steuerung 28 spricht hierbei auf das die momentane Stellung einer Kolbenstange 26 des Kolbens 25 und damit die momentane Stellung des Ausrückers 11 der Kupplung 10 repräsentierendes Signal eines Weggebers 27 an und steuert über ein Steuerventil 31 volumenproportional zur gewünschten Stellung des Ausrückers 11 den Druck im Arbeitsraum 24 des Stellzylinders 21. Das Steuerventil 31, bei dem es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Drei-Wege- Proportionalventil handelt, wird mittels einer Rückstellfeder 32 in eine den Arbeitsraum 24 über eine Rückführleitung 46 mit einem Vorratstank 40 für Hydraulikflüssigkeit verbindenden Stellung vorgespannt.

Bei Erregung eines elektromagnetischen Stellgliedes 33 wird das Steuerventil 31 entsprechend dem Erregerstrom ganz oder teilweise geöffnet, wobei es den Arbeitsraum 24 mit einem Druckspeicher 44 verbindet. Der Öffnungsgrad des Steuerventils 31 wird von der Steuerung 28 so gesteuert, daß eine, entsprechend der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs gewünschte Sollstellung des Kupplungsausrückers 11 eingehalten wird. Der Druckspeicher 44 ist über ein in Druckrichtung einer Hydraulikpumpe 41 öffnendes Rückschlagventil 43 mit der, die Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratstank 40 befördernden, von einem Elektromotor 42 angetriebenen Hydraulikpumpe 41 verbunden. Bei der ersten Inbetriebnahme wird der Druckspeicher in einer bestimmten Anlaufzeit mit Druck beaufschlagt. Der Elektromotor 42 wird aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist und durch die Steuerung 28 derart angesteuert, daß der Hydraulikdruck in dem Druckspeicher 44 zwischen vorgegebenen Grenzen gehalten wird.

Ein mit der Ausgangsseite der Hydraulikpumpe 41 verbundenes, zum Vorratstank 40 zurückführendes Überdruckventil 45 schützt die Hydraulikanlage vor Drucküberlastung.

Im Normalfall wird die Kupplung 10 von der Steuerung 28 selbsttätig gesteuert. Um das Kraftfahrzeug auch bei einem Defekt der Steuerung 28 oder eines ihrer Sensoren unter Inkaufnahme von Komforteinbußen dennoch benutzen zu können, ist das Steuerventil 31 über einen Notbetätigungsschalter 34 erregbar. Bei geöffnetem Schalter 34 befindet sich das Steuerventil 31 in der in der in Fig. 1 dargestellten Stellung und die Kupplung 10 ist vollständig geschlossen. Bei geschlossenem Schalter 34 wird das Steuerventil 31 in eine vollständig geöffnete Stellung umgeschaltet, wobei der Druck im Arbeitsraum 24 steigt und die Kupplung 10 vollständig geöffnet wird.

Die Bestimmung des Füllstands an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter 40 erfolgt im vorliegenden Beispiel auf indirekte Weise, das heißt unter Verwendung einer Anzahl von Sensorelementen, die mit einer in der Steuerung 28 integrierten Steuerung 28a verbunden sind. Die Bestimmung des Füllstands soll im vorliegenden Fall auf Basis der Einschaltdauer der Pumpe 41 erfolgen. Dazu ist ein Sensorelement 50 zur Erfassung der Einschaltdauer von der Pumpe 41 vorgesehen, das über eine Signalleitung 51 mit der Steuerung 28a verbunden ist. Das Sensorelement 50 mißt das zwischen dem Einschaltzeitpunkt und dem Ausschaltzeitpunkt der Pumpe 41 liegende Zeitintervall. Der ermittelte Zeitwert wird über die Signalleitung 51 an die Steuerung 28a weitergeleitet und in dieser abgelegt, aufbereitet und weiterverarbeitet.

Das Sensorelement 50 kann aber auch in der Steuerung 28a integriert sein. In anderer vorteilhafter Ausgestaltung kann auf ein Sensorelement auch verzichtet werden. In diesem Fall kann in der Steuerung 28a ein Zeitzähler mit fester Zeitbasis vorhanden sein. Wenn die Pumpe 41 eingeschaltet wird, beginnt der Zeitzähler zu laufen, und zwar so lange, bis die Pumpe 41 wieder abgeschaltet wird.

Die Pumpe 41 hat die Funktion, den erforderlichen Systemdruck im hydraulischen Stellantrieb 20 aufzubauen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, daß die Pumpe 41 Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 40 hinauspumpt und in den Druckspeicher 44 hineinpumpt. Wenn der erforderliche Systemdruck erreicht ist, wird die Pumpe 41 wieder ausgeschaltet.

Zur indirekten Bestimmung der Füllmenge an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter 40 wird deshalb auch der Systemdruck gemessen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies zur einfacheren Erläuterung der Erfindung über einen Drucksensor 52, der innerhalb des Druckspeichers 44 angeordnet und über eine Signalleitung 53 mit der Steuerung 28a verbunden ist. Da jedoch angestrebt wird, möglichst viele separate Sensoren im hydraulischen Stellantrieb 20 zu vermeiden, kann der Systemdruck auch auf indirekte Weise, beispielsweise über entsprechende Leistungsdaten der Pumpe 41 oder von deren Antrieb 42, ermittelt werden. Eine solche vorteilhafte Lösung ist in der DE 196 47 940 beschrieben.

Weiterhin ist ein Temperatursensor 54 vorgesehen, der ebenfalls innerhalb des Druckspeichers 44 angeordnet ist und der über eine Signalleitung 55 mit der Steuerung 28a verbunden ist. Über den Temperatursensor 44 lassen sich Aussagen über die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit und damit über deren Viskosität machen.

Schließlich sind noch Sensorelemente 56 und 58 vorgesehen, die über entsprechende Signalleitungen 57, 59 mit der Steuerung 28a verbunden sind, und über die der Anstellstatus des Stellzylinders 21 sowie des Nehmerzylinders 12 und damit der Kupplung 10 erfaßt werden kann. Die Sensorelemente können beispielsweise als Weggeber oder dergleichen ausgebildet sein.

Die Steuerung 28a ist mit einer geeigneten Anzeige­ beziehungsweise Speichereinrichtung 30 verbunden.

Nachfolgend wird nun die indirekte Bestimmungen des Füllstands im Vorratsbehälter 40 beschrieben.

Bei dem hydraulischen Stellantrieb 20 gemäß Fig. 1 handelt es sich um ein geschlossenes System, bei dem zum Öffnen der Kupplung 10 Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 40 und über den Druckspeicher 44 in den Arbeitsraum 24 des Stellzylinders 21 eingepumpt wird. Wenn die Kupplung wieder geschlossen wird, wird das Steuerventil 31 derart geschaltet, daß die im Arbeitsraum 24 des Stellzylinders 21 befindliche Hydraulikflüssigkeit über die Rückführleitung 46 in den Vorratsbehälter 40 zurückgepumpt wird. Üblicherweise weist ein solcher hydraulischer Stellantrieb 20 eine über seine Lebensdauer vernachlässigbare Leckage auf, so daß im Vorratsbehälter 40 immer genügend Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist.

Wenn die Pumpe 41 zum Aufbau des erforderlichen Systemdrucks eingeschaltet wird, wird das bis zum erneuten Ausschalten der Pumpe 41 bei Erreichen des Systemdrucks ablaufende Zeitintervall - beispielsweise auf die weiter oben beschriebene Art und Weise - erfaßt und in der Steuerung 28a abgelegt. In der Steuerung 28a wird dieser gemessene Zeitwert mit verschiedenen Zeit-Schwellwerten verglichen, die zuvor ermittelt und in der Steuerung 28a als Referenzwerte abgelegt wurden.

Beispielsweise kann die Pumpe 41 bei ausreichend gefülltem Vorratsbehälter 40 etwa sechs Sekunden benötigen, um soviel Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 40 in den Druckspeicher 44 zu pumpen, daß in diesem der erforderliche Systemdruck erreicht wird. In der Steuerung 28a ist somit ein Zeit-Schwellwert von sechs Sekunden abgelegt, mit der Zusatzinformation, daß bei diesem Schwellwert eine ausreichend große Menge an Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter 40 vorhanden ist. Wenn die Einschaltdauer der Pumpe 41 etwa in diesem Zeitrahmen liegt, geht die Steuerung 28a davon aus, daß ausreichend viel Hydraulikflüssigkeit im Vorratsbehälter 40 vorhanden ist.

Auf Grund von sogenannten untypischen Leckagen im hydraulischen Stellantrieb 20, die beispielsweise von Beschädigungen einzelner Bauelemente und Leitungen herrühren können, kann sich die Menge der im hydraulischen Stellantrieb 20 und damit im Vorratsbehälter 40 befindlichen Hydraulikflüssigkeit vermindern. Auf Grund dieser verminderten Menge an Hydraulikflüssigkeit wird die Pumpe 40 bei erneuter Einschaltung einen längeren Zeitraum benötigen, um den erforderlichen Systemdruck im Druckspeicher 44 zu erzeugen. Dieses verlängerte Zeitintervall wird erfaßt und in der Steuerung 28a abgelegt, wo es mit entsprechenden Zeit- Schwellwerten verglichen wird.

Je nach Bedarf und Anwendungsfall können in der Steuerung 28a verschiedene Zeit-Schwellwerte abgelegt sein, die unterschiedliche Reaktionen der Steuerung 28a hervorrufen. So ist es beispielsweise denkbar, einen Zeit-Schwellwert in der Steuerung 28a abzulegen, bei dem zwar ein Verlust an Hydraulikflüssigkeit erkannt wird, eine unverzügliche Reparatur des hydraulischen Stellantriebs 20 jedoch nicht erforderlich ist. Wenn die Einschaltdauer der Pumpe 41 in einem Zeitintervall liegt, das zwar über dem Zeit-Schwellwert für den Normalbetrieb, jedoch noch unter dem weiteren Schwellwert (beispielsweise zehn Sekunden) liegt, wird in der Steuereinrichtung 28a ein entsprechendes Signal generiert, das beispielsweise in der Speichereinrichtung 30 gespeichert werden kann. Bei der erneuten Wartung des hydraulischen Stellantriebs 20 wird diese Speichereinrichtung 30 ausgelesen, so daß der Fehler im hydraulischen Stellantrieb 20 behoben werden kann.

Sofern auf Grund einer untypischen Leckage zu viel Hydraulikflüssigkeit aus dem hydraulischen Stellantrieb 20 entweicht, wird dies zu einem weiteren Anstieg der Pumpdauer der Pumpe 41 führen, um den erforderlichen Systemdruck zu erzeugen. Wenn dabei ein in der Steuerung 28a abgelegter Zeit- Schwellwert überschritten wird, bei dem eine sofortige Reparatur des hydraulischen Stellantriebs 20 notwendig wird, wird dies von der Steuerung 28a ermittelt und beispielsweise in einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 30, etwa einem Display oder dergleichen, angezeigt. Auf diese Weise erhält der Fahrer des Fahrzeugs eine eindeutige Warnung, den hydraulischen Stellantrieb 20 möglichst schnell überprüfen und reparieren zu lassen.

Um die in der Steuerung 28a abgelegten Zeit-Schwellwerte möglichst genau an den aktuellen Schaltzustand des hydraulischen Stellantriebs 20 anpassen zu können, werden verschiedene zusätzliche Systemdaten des hydraulischen Stellantriebs 20 berücksichtigt. Diese Systemdaten, bei denen es sich beispielsweise um die Umgebungstemperatur, die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit, den aktuellen Anstellzustand des Stellzylinders 21 und des Nehmerzylinders 12 oder dergleichen handelt, werden über die jeweiligen Sensorelemente 52, 54, 56, 58 erfaßt und an die Steuereinrichtung 28a weitergeleitet. Die einzelnen Zustände sind in den entsprechenden Zeit-Schwellwerten berücksichtigt, so daß bei Vorhandensein entsprechender Daten die jeweils geeigneten Zeit-Schwellwerte in der Steuerung 28a aktiviert werden.

Die einzelnen Zeit-Schwellwerte für die unterschiedlichen Zustände des hydraulischen Stellantriebs 20 können einmal und vor der ersten Inbetriebnahme des hydraulischen Stellantriebs 20 an Hand von Versuchsreihen ermittelt werden. Die so ermittelten Werte können anschließend in der Steuerung 28a abgelegt werden, wodurch auf diese über die gesamte Lebensdauer des hydraulischen Stellantriebs 20 beim Ein- und Ausschalten der Pumpe 41 zurückgegriffen werden kann.

Bezugszeichenliste

10

Kupplung

11

Ausrücker

12

Nehmerzylinder

13

Hydraulikleitung

20

hydraulischer Stellantrieb

21

Stellzylinder

22

Zylinderkammer

23

Geberraum

24

Arbeitsraum

25

Kolben

26

Kolbenstange

27

Weggeber (Kupplung)

28

Steuerung

28

a Steuerung (Bestimmung der Einschaltdauer der Pumpe)

30

Anzeige-/Speichereinrichtung

31

Steuerventil

32

Rückstellfeder

33

Stellglied

34

Notbetätigungsschalter

40

Vorratsbehälter

41

Hydraulikpumpe

42

Pumpenantrieb

43

Rückschlagventil

44

Druckspeicher

45

Überdruckventil

46

Rückführleitung

50

Sensorelement zur Erfassung der Einschaltdauer

51

Signalleitung

52

Sensorelement zur Bestimmung des Systemdrucks

53

Signalleitung

54

Sensorelement zur Bestimmung der Flüssigkeitstemperatur

55

Signalleitung

56

Sensorelement (Anstellstatus des Stellzylinders)

57

Signalleitung

58

Sensorelement (Anstellstatus der Kupplung)

59

Signalleitung

Claims (10)

1. Hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für eine Kupplung oder ein Getriebe, mit einer Steuerung (28, 28a) und einer mittels eines Antriebs (42) antreibbaren Pumpe (41), die aus einem Vorratsbehälter (40) Hydraulikflüssigkeit zur Verwendung in wenigstens einem Stellzylinder (21) pumpt, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Füllstands im Vorratsbehälter (40) durch die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe (41) erfolgt.

2. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe (41) in der Steuerung (28a), vorzugsweise über einen in der Steuerung (28a) vorgesehenen Zeitzähler, erfolgt.

3. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe (41) über ein Sensorelement (50) erfolgt, das als Sensor zur Erfassung des Zeitintervalls zwischen dem Einschaltzeitpunkt und dem Ausschaltzeitpunkt der Pumpe (41) selbst oder von deren Antrieb (42) ausgebildet ist und das mit der Steuerung (28a) verbunden oder in dieser integriert ist.

4. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiteres Sensorelement (52; 54; 56; 58) zur Erfassung von Systemdaten des hydraulischen Stellantriebs (20) vorgesehen ist, das/die mit der Steuerung (28a) verbunden ist/sind.

5. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement als Sensorelement (52) zur Bestimmung des Systemdrucks ausgebildet ist.

6. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement als Sensorelement (54) zur Bestimmung der Temperatur ausgebildet ist.

7. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement als Sensorelement (56) zur Erfassung des Anstellstatus von dem Stellzylinder (21) und/oder als Sensorelement (58) zur Erfassung des Anstellstatus einer mit dem Stellzylinder (21) verbundenen Vorrichtung, insbesondere einer Kupplung oder eines Getriebes, ausgebildet ist.

8. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der zur Erfassung der Einschaltdauer der Pumpe (41) gemessenen Werte in der Steuerung (28a) ein oder mehrere Zeit- Schwellwerte abgelegt ist/sind.

9. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit-Schwellwerte derart gebildet sind, daß in ihnen die Systemdaten gemäß den Ansprüchen 4 bis 7 berücksichtigt sind.

10. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung und/oder eine Anzeigeeinrichtung (30) vorgesehen ist, die mit der Steuerung (28a) verbunden ist.