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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktuator zur Betätigung einer
mechanischen Vorrichtung nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1
näher definierten
Art.
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Hydraulische
Aktuatoren mit einer Zylinder-Kolben-Einheit zur Betätigung einer
mechanischen Vorrichtung sind aus der Praxis in mannigfacher Ausgestaltung
bekannt, wobei die Betätigung der
mechanischen Vorrichtung eine Bewegung der hiermit verbundenen Vorrichtung,
aber auch eine Arretierung bzw. Freigabe der mechanischen Vorrichtung
sein kann.
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Um
die Zylinder-Kolben-Einheit in einer bestimmten Position halten
zu können,
weisen bekannte Aktuatoren häufig
eine Sperrklinke auf, welche dazu dient, dass sich ein Kolben der
Zylinder-Kolben-Einheit auch bei einem Vorliegen eines hydraulischen
Druckes nicht bewegen kann. Erst wenn die Sperrklinke mechanisch
oder manuell geöffnet
wird, kann der Kolben einer solchen Zylinder-Kolben-Einheit über einen
anliegenden hydraulischen Druck bewegt werden.
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Eine
derartige Vorrichtung verursacht nachteilhafterweise bei einer Entriegelung
der Sperrklinke Geräusche,
welche als störend
empfunden werden können.
Zudem werden zur Realisierung eines solchen hydraulischen Aktuators
viele Bauteile benötigt, wodurch
die Herstellkosten hoch sind.
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Weiterhin
sind aus der Praxis hydraulische Aktuatoren bekannt, denen ein elektrisches
Ventil vorgeschaltet ist, welches den auf die Zylinder-Kolben-Einheit
wirkenden hydraulischen Druck regelt. In einer offenen Stellung
des elektrischen Ventils wird der Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit über den
hydraulischen Druck geregelt. In einem geschlosse nen Zustand des
elektrischen Ventils, wird kein hydraulischer Druck auf den Kolben
der Zylinder-Kolben-Einheit geleitet, so dass sich der Kolben nicht
bewegen kann und somit gesperrt ist.
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Eine
solche Gestaltung eines hydraulischen Aktuators hat jedoch den Nachteil,
dass die Bereitstellung eines elektrischen Ventils und die zur Ansteuerung
des elektrischen Ventils benötigten
Einrichtungen einen insgesamt hohen konstruktiven Aufwand und erhebliche
Kosten erfordern sowie Funktionsrisiken birgt.
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In
der Praxis werden hydraulische Aktuatoren beispielsweise bei Verdecken
von Cabriolet-Fahrzeugen eingesetzt, wobei ein mit einer Kolbenstange
des hydraulischen Aktuators wirkverbundenes Verriegelungselement
mit einem sich beispielsweise an einem Windschutzscheibenrahmen oder
einem weiteren Verdeckelement befindlichen Gegenelement in Eingriff
bringbar ist. Allerdings ist es dabei nachteilhafterweise nötig, eine
separate Einrichtung vorzusehen, mittels der das Verriegelungselement
in der Verriegelungsposition gehalten wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen
Aktuator mit einer Zylinder-Kolben-Einheit zur Betätigung einer mechanischen
Vorrichtung zu schaffen, der wenigstens einen Zustand aufweist,
in welchem eine Kolbenstange der Zylinder-Kolben-Einheit auch bei
einem Vorliegen von äußeren Kräften festgelegt
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem hydraulischen Aktuator gemäß den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Es
ist somit ein hydraulischer Aktuator zur Betätigung einer mechanischen Vorrichtung,
insbesondere eines Verdeckelementes eines Cabriolet-Fahrzeugs, mit
einer Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen, welche mit wenigstens
zwei Druckanschlüssen
verbunden ist und in der zwischen einer ersten Arbeitskammer und
einer zweiten Arbeitskammer ein mit der mechanischen Vorrichtung
verbundener Kolben verschiebbar angeordnet ist. Dabei weist erfindungsgemäß der erste
Druckanschluss wenigstens eine Einmündung in die Zylinder-Kolben-Einheit und
der zweite Druckanschluss wenigstens eine erste Einmündung und
wenigstens eine zweite Einmündung
in die Zylinder-Kolben-Einheit auf, wobei der Kolben durch eine äußere Krafteinwirkung
zwischen einer ersten Position zwischen den Einmündungen des zweiten Druckanschlusses,
in der er einen Fluss eines Hydraulikfluids von dem zweiten Druckanschluss
zu dem ersten Druckanschluss über
die erste Arbeitskammer im Wesentlichen ohne hydraulische Wirkung
auf dessen der ersten Arbeitskammer zugewandte Fläche zulässt, und
einer zweiten Position zwischen der Einmündung des ersten Druckanschlusses
und den Einmündungen
des zweiten Druckanschlusses, in der er mit Druck durch den zweiten
Druckanschluss beaufschlagt ist, verschiebbar ist, und wobei die
Zylinder-Kolben-Einheit in der jeweiligen Position des Kolbens selbsttätig einen
Zustand der zu betätigenden
mechanischen Vorrichtung einstellt.
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Der
Kolben steht bei dem erfindungsgemäßen Aktuator in vorteilhafter
Weise in seiner zweiten Position fest, d. h. er kann auch bei einem
Vorliegen einer äußeren Krafteinwirkung
in der zweiten Position festgelegt sein. Dies wird in vorteilhafter
Weise durch eine ausschließlich
hydraulische Lösung
realisiert, in welcher keine weiteren mechanischen, beispielsweise
in Form einer Sperrkinematik, oder elektrischen Bauteile nötig sind,
womit ein erfindungsgemäßer hydraulischer
Aktuator mit sehr wenigen Bauteilen realisiert werden kann und somit
auch sehr ausfallsicher ist.
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Durch
eine entsprechende Beaufschlagung mit Druck wird der Kolben bei
einer auf die Kolbenstange wirkenden äußeren Kraft, welche den Kolben in
Richtung des zweiten Druckanschlusses über die erste Einmündung des
zweiten Druckanschlusses bewegt, mittels des Drucks vorteilhafterweise
schnell in seine zweite Position gedrückt und durch den Druck selbsttätig in der
zweiten Position gehalten.
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Des
Weiteren hat die Erfindung den Vorteil, dass ein Wechsel zwischen
der zweiten Position des Kolbens in die erste Position des Kolbens
im Unterschied zur Verwendung von Aktuatoren mit einer Sperrkinematik
sehr geräuscharm
vollzogen wird.
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Wenn
die erste Arbeitskammer mit dem ersten Druckanschluss auf einer
der Verbindung mit der mechanischen Vorrichtung zugewandten Seite
des Kolbens in der Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet ist, kann
der Aktuator in vorteilhafter Weise durch eine Bewegung der mechanischen
Vorrichtung in Richtung der Zylinder-Kolben-Einheit in einen sperrenden
Zustand überführt werden.
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In
einem alternativ ausgebildeten Aktuator nach der Erfindung kann
es auch vorgesehen sein, dass die erste Arbeitskammer mit dem ersten
Druckanschluss auf einer der Verbindung mit der mechanischen Vorrichtung
abgewandten Seite des Kolbens in der Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet
ist, so dass der Aktuator durch eine Bewegung der mechanischen Vorrichtung
weg von der Zylinder-Kolben-Einheit in einen sperrenden Zustand überführt wird.
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Der
Aktuator kann somit entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall derart
ausgebildet werden, dass die Zylinder-Kolben-Einheit entweder durch
eine Bewegung der mechanischen Vorrichtung in Richtung der Zylinder-Kolben-Einheit
oder durch eine Bewegung der mechanischen Vorrichtung in entgegengesetzter
Richtung in einen verriegelten Zustand bringbar ist.
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In
einer sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen
sein, dass mit der Zylinder-Kolben-Einheit verbundene Hydraulikleitungen sowohl
im Bereich der ersten Einmündung
als auch im Bereich der zweiten Einmündung des zweiten Druckanschlusses
ein Rückschlagventil
aufweisen. In einem sperrenden Zustand der Zylinder-Kolben-Einheit
wird dadurch ein Rückfluss
von Hydraulikfluid aus der ersten Arbeitskammer verhindert und ein
sicherer Halt des Kolbens in der gesicherten zweiten Position des
Kolbens erzielt. In der ersten Position wird mit dem entsprechenden
Rückschlagventil
verhindert, dass der Kolben ohne eine äußere Krafteinwirkung aus dieser
Position bewegt wird.
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Bei
einem hydraulischen Aktuator gemäß der Erfindung
kann eine Bewegung des Kolbens der Zylinder-Kolben-Einheit mit einer
Linearbewegung oder einer rotatorischen Bewegung der hiermit verbundenen
mechanischen Vorrichtung gekoppelt sein.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Zylinder-Kolben-Einheit
ein Sperrglied zur Arretierung der mechanischen Vorrichtung und
somit einen ausschließlich
hydraulisch arbeitenden Verschluss bilden.
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Ein
solcher hydraulischer Verschluss eignet sich besonders zur Verwendung
bei einem als Softtop- oder Hardtopverdeck eines Cabriolet-Fahrzeugs,
bei dem z. B. eine Verriegelungsvorrichtung mit einer Fanghaken-Bolzen-Einheit
zur Festlegung eines vorderen Dachabschnittes an einem Windschutzscheibenrahmen
oder eine Verriegelung von verschiedenen Dachsegmenten untereinander
realisiert wird.
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Eine
hydraulische Verriegelung von verschiedenen Dachsegmenten kann durch
eine in eine Übertotpunktlage
bringbare Me chanik sichergestellt werden, wobei die Übertotpunktlage
von der Gestaltung der anzusteuernden Mechanik abhängt.
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Bei
einer von einem Hauptantrieb erzeugten Bewegung des Verdecks von
einer Verdecköffnungsstellung
in eine Verdeckschließstellung
kann der Kolben der Kolbenstange beispielsweise durch das von einem
Kontaktieren des Fanghakens mit einem an einem Windschutzscheibenrahmen
des Cabriolet-Fahrzeugs angeordneten Verriegelungselement bewegt
werden. Der Kolben wird dabei aus seiner ersten Position in die
verriegelte zweite Position auf eine in Richtung der ersten Einmündung des
ersten Druckweges liegende Seite der zweiten Einmündung des
zweiten Druckweges bewegt, so dass das in der Zylinder-Kolben-Einheit
zirkulierende Hydraulikfluid den Kolben sofort in seine zweite verriegelte
Position drückt
und dort hält.
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Eine
Erhöhung
des Staudrucks kann dabei den Auslass des Hydraulikfluids in vorteilhafter
Weise schwergängig
machen und beim Ausfahren des Kolbens helfen.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des hydraulischen Aktuators
zur Betätigung einer
mechanischen Vorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus den
Patentansprüchen
und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispielen,
wobei in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit
halber für
bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
Prinzipskizze eines Hydraulikschemas zur Betätigung einer Zylinder-Kolben-Einheit,
die mit einem Kolben und einer mit einer Kolbenstange wirkverbundenen
mechanischen Vorrichtung ausgebildet ist; und
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2 eine
Prinzipskizze der Zylinder-Kolben-Einheit der 1 mit
einem alternativen Hydraulikschema.
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In 1 ist
ein als Zylinder-Kolben-Einheit 1 ausgebildeter, als Automatikzylinder
wirkender Aktuator dargestellt, welcher einen Kolben 3 mit
einer Kolbenstange 5 aufweist, wobei die Kolbenstange 5 mit ihrem
aus dem Zylinder 7 der Zylinder-Kolben-Einheit 1 herausragenden
Teil mit einem nur schematisch dargestellten als ein Verdeckelement 9 eines Cabriolet-Fahrzeugs
ausgebildeten mechanischen Vorrichtung wirkverbunden ist.
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Die
Kolbenstange 5 der Zylinder-Kolben-Einheit 1 ist
in dem Zylinder 7 translatorisch verschiebbar gelagert,
wobei der Kolben 3 den Zylinder 7 in eine erste
Arbeitskammer 11 und eine zweite Arbeitskammer 13 unterteilt.
Das Volumen der Arbeitskammern 11, 13 ist dabei
abhängig
von der Stellung des Kolbens 3 in dem Zylinder 7 der
Zylinder-Kolben-Einheit 1.
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In
der 1 sind zwei Positionen des Kolbens 3 der
Zylinder-Kolben-Einheit 1 dargestellt, wobei eine erste
Position des Kolbens 3 mit dem Bezugszeichen 21 und
eine zweite Position des Kolbens 3 mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet ist.
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Der
Kolben 3 der Zylinder-Kolben-Einheit 1 kann mittels
eines Hydraulikfluids bewegt werden, wenn die Zylinder-Kolben-Einheit 1 von
einer vorliegend als Hydraulikpumpe 15 ausgebildeten Druckquelle
mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird.
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Die
doppelt wirkende Zylinder-Kolben-Einheit 1 weist einen
ersten Druckanschluss 17 und einen zweiten Druckanschluss 19 auf,
wobei der erste Druckanschluss 17 auf einer der Kolbenstange 5 abgewandten
Seite des Kolbens 3 mittels einer Einmündung 18 mit der Zylinder-Kolben-Einheit 1 verbunden ist.
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Der
zweite Druckanschluss 19 ist mit der Zylinder-Kolben-Einheit 1 mittels
einer ersten Einmündung 21 und
einer axial zur ersten Einmündung 21 beabstandeten
zweiten Einmündung 23 verbunden, wobei
der Kolben 3 sich in dem Zylinder 7 derart translatorisch
bewegen kann, dass sich die erste Einmündung 21 des zweiten
Druckanschlusses 19 zwischen der ersten Position P1 und
der zweiten Position P2 des Kolbens 3 in dem Zylinder 7 befindet.
Immer auf einer der Kolbenstange 5 zugewandten Seite des
Kolbens 3 befindet sich die zweite Einmündung 23 des zweiten
Druckanschlusses 19.
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Sowohl
der erste Druckanschluss 17 der Zylinder-Kolben-Einheit 1 als
auch der zweite Druckanschluss 19 der Zylinder-Kolben-Einheit 1 sind
mit der Hydraulikpumpe 11 mittels Hydraulikleitungen verbunden,
wobei die Verbindung des ersten Druckanschlusses 17 mit
der Hydraulikpumpe 11 einen ersten Druckweg 25 und
die Verbindung des zweiten Druckanschlusses 19 mit der
Hydraulikpumpe 11 einen zweiten Druckweg 27 bildet.
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In
den beiden Druckwegen 25 und 27 sind jeweils als
Wegeventile 29 bzw. 31 ausgebildete Steuerventileinrichtungen
angeordnet, mittels welcher der Hydraulikfluss einstellbar ist.
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Zwischen
dem Wegeventil 29 bzw. 31 und der Hydraulikpumpe 11 sind
in den Druckwegen 25 und 27 zur Vermeidung eines
Rückströmens vom
Hydraulikfluid zu der Hydraulikpumpe 11 Rückschlagventile 33, 35 angeordnet.
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Die
beiden Druckwege 25 und 27 sind über einen
dritten Druckweg 37 mit der Hydraulikpumpe 11 verbunden,
wobei die beiden Druckwege 25 und 27 in einem
Verzweigungspunkt 39 von dem dritten Druckweg 37 abzweigen.
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Im
Bereich zwischen dem Verzweigungspunkt 39 und der Hydraulikpumpe 11 ist
an dem dritten Druckweg 37 ein zentrales Druckbegrenzungsventil 41 angeordnet,
welches zur Begrenzung des maximalen Systemdruckes auf einen vordefinierten Wert
vorgesehen ist und ein Überlastschutzventil darstellt,
das den Systemdruck begrenzt.
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Die
Wegeventile 29, 31 sind vorliegend als 3/2-Wegeventile
ausgebildet, welche in einer ersten Schaltstellung einen von der
Hydraulikpumpe 11 erzeugten Steuerdruck über den
jeweiligen Druckanschluss 17 bzw. 19 zu der Zylinder-Kolben-Einheit 1 weiterleiten
und in einer zweiten Schaltstellung das von der Zylinder-Kolben-Einheit 1 in
Richtung der Wegeventile zurückströmende Hydraulikfluid
in Richtung eines drucklosen Fluidreservoirs bzw. eines Tanks ableiten.
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Sowohl
in einem Bereich der ersten Einmündung 21 des
zweiten Druckanschlusses 19 als auch in einem Bereich der
zweiten Einmündung 23 des zweiten
Druckanschlusses 19 ist ein Rückschlagventil 43, 45 in
der hydraulischen Leitung angeordnet. Das der ersten Einmündung 21 des
zweiten Druckanschlusses 19 zugeordnete Rückschlagventil 43 ist dabei
derart in die Hydraulikleitung eingebaut, dass es nur einen Fluidfluss
von der Steuerventileinrichtung 31 in Richtung der Zylinder-Kolben-Einheit 1 erlaubt.
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Das
der zweiten Einmündung 23 des
zweiten Druckanschlusses 19 zugeordnete Rückschlagventil 45 ist
dagegen derart angeordnet, dass es einen Fluidfluss von der Zylinder-Kolben-Einheit 1 allein
in Richtung der Steuerventileinrichtung 31 erlaubt.
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Die
Rückschlagventile 43 und 45 können in einem
zu der gezeigten Ausführung
alternativen Ausführungsbeispiel
auch in den Zylinder der Zylinder-Kolben-Einheit integriert sein.
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Steht
der Kolben 3 in der ersten Position P1 so kann bei gleichzeitig
in dem zweiten Druckweg 27 vorliegendem Druck das sich
in den Hydraulikleitungen befindliche Hydraulikfluid über das
der ersten Einmündung 21 des
zweiten Druckanschlusses 19 zugeordnete Rückschlagventil 43 durch
den Zylinder 7 fließen
ohne eine in Richtung der Einmündung 18 des
ersten Druckanschlusses 17 wirkenden Kraft am Kolben 3 zu
erzeugen. D. h. durch eine ausschließlich hydraulische Einwirkung
ist es nicht möglich
den Kolben 3 aus der ersten Position P1 in Richtung der zweiten
Position P2 des Kolbens 3 zu bewegen, wodurch in dieser
Position eine Sperrwirkung erzielt wird.
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Um
eine Bewegung des Kolbens 3 von der ersten Position P1
in Richtung der zweiten Position P2 zu erzeugen ist eine äußere Kraft
notwendig, die von dem Verdeckelement 9 über die
Kolbenstange 5 auf den Kolben 3 übertragen
werden kann.
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Sobald
der Kolben 3 durch eine äußere Krafteinwirkung von seiner
ersten Position P1 so weit in Richtung seiner zweiten Position P2
bewegt worden ist, dass der Kolben 3 sich auf der der Einmündung 18 des
ersten Druckanschlusses 17 zugewandten Seite der ersten
Einmündung 21 des
zweiten Druckanschlusses 19 befindet, kann über einen
an dem zweiten Druckweg 27 anliegenden Druck eine Kraft
auf die der Einmündung 18 des
ersten Druckanschlusses 17 abgewandte Fläche des
Kolbens 3 ausgeübt
werden.
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Der
Kolben 3 wird durch diese Kraft in seine zweite Position
P2 bewegt und durch diese an seiner der ersten Einmündung 21 des
zweiten Druckanschlusses 19 abgewandten Fläche anliegende,
von dem Hydraulikfluid erzeugte Kraft in dieser Position gehalten,
wodurch in der Zylinder-Kolben-Einheit 2 selbsttätig ein
Zustand des zu betätigenden
Verdeckelements 9 eingestellt wird, in welchem beispielsweise
ein mit dem Verdeckelement 9 wirkverbundener Fanghaken
in ein Gegenelement eingreift und das Verdeckelement 9 somit
an einem Windschutzscheibenrahmen oder einem anderen Verdeckelement festgelegt
werden kann.
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Aus
einer derartigen Verriegelungsposition kann das Verdeckelement mittels
der Zylinder-Kolben-Einheit 2 gelöst werden, indem der Kolben 3 in Richtung
der ersten Position P1 wie in herkömmlichen Zylinder-Kolben-Einheiten
zurückbewegt
wird.
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Hierzu
wird mittels der Hydraulikpumpe 15 und einer entsprechenden
Stellung der Steuerventile 29 und 31 ein Druck
in der ersten Arbeitskammer 11 der Zylinder-Kolben-Einheit 2 aufgebaut,
welcher den Kolben 3 in Richtung der zweiten Einmündung 21 verschiebt.
Das sich in der zweiten Arbeitskammer befindliche Hydraulikfluid
kann über
das Rückschlagventil 45 und
das Steuerventil 31 in Richtung eines Tanks abfließen und
der Kolben 3 in Richtung einer sich im Bereich der zweiten
Einmündung 23 des
zweiten Druckanschlusses 19 befindlichen ersten Position
P1 verfahren werden.
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In 2 ist
eine der 1 entsprechende Zylinder-Kolben-Einheit 1 dargestellt,
welche durch eine von der mechanischen Vorrichtung 9 verursachte
Bewegung der Kolbenstange 5 in eine von der Zylinder-Kolben-Einheit 2 abgewandte
Richtung aus der ersten Position P1 in die zweite verriegelte Position
P2 überführt werden
kann.
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Im
Unterschied zu der in der 1 dargestellten
Zylinder-Kolben-Einheit 2 sind
die erste Arbeitskammer 11' und
die zweite Arbeitskammer 13' hinsichtlich
ihrer Position in Längsrichtung
der Zylinder-Kolben-Einheit 2 vertauscht. Die erste Arbeitskammer 11' mit der Einmündung 18' des ersten Druckanschlusses 17 ist
dabei gegenüber
der zweiten Arbeitskammer 13' mit
der ersten Einmündung 21' und der zweiten
Einmündung 23' des zweiten Druckanschlusses 19 an
einem dem Verdeckelement 9 zugewandtem Ende der Zylinder-Kolben-Einheit 2 angeordnet.
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In
Position P1 des Kolbens 3 fließt das Hydraulikfluid mittels
der ersten Einmündung 21' des zweiten
Druckanschlusses 19 über
die zweite Arbeitskammer 13' und
von dort über
die erste Arbeitskammer 11' und
die Einmündung 18' des ersten Druckanschlusses 17 in
den ersten Druckweg 25.
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Bei
einer von dem Verdeckelement 9 verursachten Bewegung der
Kolbenstange 5 in eine von der Zylinder-Kolben-Einheit 2 abgewandte
Richtung wird der Kolben, sobald er sich auf einer der Einmündung 18' des ersten
Druckanschlusses 17 zugewandten Seite der ersten Einmündung 21' des zweiten
Druckanschlusses 19 befindet durch die über das Hydraulikfluid an der
der Kolbenstange 5 abgewandten Fläche des Kolbens 3 in
Richtung der Einmündung 18' des ersten
Druckanschlusses 17 wirkende Kraft in seine zweite Position
P2 gedrückt
und dort durch den Druck gehalten.
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Eine
Entriegelung des Kolbens 3 aus seiner zweiten Position
P2 kann dadurch erreicht werden, dass über einen Druckaufbau in der
ersten Arbeitskammer 11' der
Kolben 3 in seine erste Position P1 zurückgedrückt wird.