DE102008014192A1

DE102008014192A1 - Antriebsstrang mit einem Fahrdynamiksystem und elektrohydraulischem Ventil

Info

Publication number: DE102008014192A1
Application number: DE200810014192
Authority: DE
Inventors: Falk Müller; Manfred Unsöld
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-15
Also published as: DE102008014192B4

Abstract

Die Erfindung betrifft das Ventil (5) eines nicht permanenten Allradantriebs insbesondere mit einer Haldex-Kupplung. Dieses Ventil (5) ist in der geschlossenen Stellung mit einer Druckbegrenzungsfunktion ausgestattet. Dazu ist in einer mit dem Magnetanker (20) verbundenen Führungshülse (21) eine Schraubendruckfeder (22) vorgesehen. Diese Führungshülse (21) kann als Tiefziehteil aus Blech ausgeführt sein.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 ein Antriebsstrang mit einem Fahrdynamiksystem und gemäß dem einteiligen Patentanspruch 2 ein elektrohydraulisches Ventil.
Aus der DE 36 21 225 C1 ist bereits ein Antriebsstrang bekannt, der in Übereinstimmung mit der Erfindung eine hydraulisch betätigbare Kupplung zur Anbindung einer nicht permanent angetriebenen Achse an eine permanent angetriebene Achse aufweist. Dabei ist auch ein elektrohydraulisches Ventil vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten und preisgünstigen Antriebsstrang zu schaffen, der in einer Allrad-Funktion steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist ein elektromagnetisches Ventil vorgesehen, das den Antriebsstrang trennen oder schließen kann. Dazu kann das Ventil eine Viscokupplung, eine Haldex-Kupplung eine Lamellenkupplung oder eine Klauenkupplung ein- und ausrücken bzw. stufenlos regeln. Dieses Ventil ist gemäß Patentanspruch 1 in einen Antriebsstrang eingebunden, der eine permanent angetriebene Achse und eine nicht permanent angetriebene Achse aufweist. Ein solches nicht permanentes Allrad-System findet insbesondere mit einer Haldex-Kupplung Anwendung. Alternativ kann das elektromagnetische Ventil aber auch eine Längs- oder Quer-Differentialsperre des Antriebsstrangs öffnen oder schließen, wie dies Patentanspruch 2 zulässt, der eine konstruktive Ausgestaltung betrifft.
Bei einem Betrieb eines Kraftfahrzeuges im Allradmodus oder als permanentes Allradfahrzeug mit Differentialsperre kann es infolge unterschiedlicher Belastungen der einzelnen Räder oder der beiden Achsen insbesondere bei der Verwendung einer Haldex-Kupplung zum Überdruck im Hydrauliksystem kommen. Dieser Überdruck kann erfindungsgemäß mittels eines Überdruckventils abgebaut werden, welches in kompakter Weise in das Ventil integriert ist. Dabei bildet sich die Druckbegrenzungsfunktion des Ventils in der geschlossenen Stellung. Somit findet das Ventil insbesondere in einer hydraulischen Steuerung Anwendung, welche den Druck auf die Kupplung oder ein die Kupplung betätigendes Stellglied steuert/regelt, indem ein Teil des Druckes auf den Ablasstank abgelassen wird. Wird das Ventil geschlossen, so wird der gesamte Druck auf die Kupplung bzw. das Stellglied geleitet, so dass eine Schraubendruckfeder, die sich einerseits am Ankermagneten des Ventils und andererseits an einem Schließkörpers des Ventils abgestützt ist, den Druck begrenzen kann.
Die Schraubendruckfeder der Druckbegrenzung ist dabei in einer Führungshülse angeordnet, die zum Schließen des Ventils von dem Magnetanker verschoben wird und dabei den Schließkörper gegen einen Ventilsitz drückt. Diese Führungshülse kann gemäß Patentanspruch 2 in besonders kostengünstiger Weise als Tiefziehteil aus Blech ausgeführt sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.
Dabei zeigen
1 einen Antriebsstrang, der eine permanent angetriebene Achse, eine nicht permanent angetriebenen Achse und ein Ventil aufweist,
2 ein hydraulisches Schaltbild des Ventils gemäß 1,
3 eine Einzelansicht des Ventils gemäß 1, wobei dieses Ventil eine Baueinheit aus einer Führungshülse und einem Stößel umfasst,
4 die Baueinheit gemäß 3, wobei der Stößel den Schließkörper des Ventils bildet,
5 bis 9 alternative Ausgestaltungsformen der Baueinheit,
10 bis 12 weitere alternative Ausgestaltungsformen der Baueinheit, wobei eine Kugel als Schließkörper Anwendung findet und
13 bis 29 alternative Ausgestaltungsformen des Ventils.
1 zeigt einen Antriebsstrang 3, der eine permanent angetriebene Achse 1 und eine nicht permanent angetriebenen Achse 2 aufweist. Solche Antriebsstränge 3 werden auch als Antriebsstrang mit kupplungsgesteuertem bzw. zuschaltbarem Allradantrieb bezeichnet. Bei diesen Fahrzeugen mit zuschaltbarem Allradantrieb wird bei normalen Fahrbedingungen nur die eine Achse 1 angetrieben. Erst, wenn die Situation es erfordert, wird der Antrieb der zweiten Achse 2 zugeschaltet. Dadurch wird die Traktion des Fahrzeugs bei glatter Fahrbahn oder losem Untergrund erhöht.
Dabei wird Antriebsleistung in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen 1, 2 auf die nicht permanent angetriebene Achse 2 geleitet. Dazu ist eine Kupplung 4 vorgesehen. Diese Kupplung 4 ist in ihrem Übertragungsverhalten von außen mittels eines Ventils 5 regelbar. Damit kann die Kupplung 4 beispielsweise als Viscokupplung, als Haldex-Kupplung oder als Lamellenkupplung ausgeführt sein. Ist die Kupplung 4 als Haldex-Kupplung ausgeführt, so könnte es bei hohen Drehzahldifferenzen zwischen den beiden Achsen 1, 2 systembedingt zu einem relativ hohen Druck im Hydrauliksystem der Kupplung kommen, wenn der Druck nicht über eine Druckbegrenzungsfunktion abgebaut wird, weshalb hier das Ventil 5 mit einer Druckbegrenzungsfunktion versehen ist.
Ein solcher zuschaltbarer Allradantrieb findet insbesondere in Fahrzeugen Anwendung, die auf normalen Straßen bewegt werden und zusätzlich bedingt geländetauglich sein sollen. Solche Fahrzeuge sind beispielsweise die SUVs, können aber auch Nutzfahrzeuge sein.
Das Ventil 5 regelt in diesem Antriebsstrang die Kupplung 4. Der Antriebsstrang weist zusätzlich Fahrdynamiksysteme auf. Diese Fahrdynamiksysteme sind ein Antiblockiersystem und ein Stabilitätsprogramm so dass ein Blockieren von Fahrzeugrädern 6 bis 9 und ein Ausbrechen des Fahrzeuges sicher verhindert wird.
Ein Ventil 5 ist von außen an ein Kupplungsgehäuse 10 der Kupplung 4 angeflanscht und öffnet die Kupplung 4, wenn zumindest eines der beiden Fahrdynamiksysteme in den Regelbetrieb geht. Dazu ist das Ventil 5 über eine mit Spannung belastbare Leitung 19 mit einem Kupplungssteuergerät 11 verbunden, welches über einen CAN-Bus mit einem ABS/ESP-Steuergerät 12 verbunden ist, welches über den CAN-Bus mit dem Motorsteuergerät 13 verbunden ist. Ist die Kupplung 4 geöffnet, so treibt nur noch die permanent angetriebene Achse 1 das Fahrzeug an.
Wie in 2 ersichtlich ist, ist das Ventil 5 grundsätzlich als 2/2-Wege-Schaltventil ausgeführt. Wird vom Kupplungssteuergerät 11 ein Strom angelegt, so ist ein in 3 ersichtlicher Ventilsitz 14 geschlossen. Hingegen ist der Ventilsitz 14 ohne Strom geöffnet, da ein Schließkörper 15 vom Ventilsitz 14 abgehoben wird. Im Ventil 5 ist ein Druckbegrenzungsventil 16 integriert, das bei Bestromung einer Spule 17 aktiviert ist.
Das Ventil 5 umfasst einen Stecker 18 zum Anschluss der Leitung 19. Dieser Stecker ist mit der Spule 17 verbunden. Mittels der Spule 17 ist ein magnetisches Feld aufbaubar, dass einen Magnetanker 20 verschieben kann. Dieser Magnetanker 20 ist bewegungsfest mit einer Führungshülse 21 verbunden. In dieser Führungshülse 21 ist eine vorgespannte Schraubendruckfeder 22 vorgesehen, die einerseits über eine bewegungsfest gegenüber dem Magnetanker verschraubte Innengewindehülse 23 und andererseits gegenüber einem Stößel 24 abgestützt ist, welcher an dessen der Schraubendruckfeder 22 fern stehendem Ende einteilig mit dem kalottenförmigen Schließkörper 15 ausgeführt ist. Dabei stützt sich die Schraubendruckfeder 22 an einer Seite eines ringförmigen Vorsprungs 25 des Stößels 24 ab, welcher sich an dessen anderer Seite an einem Absatz einer Verjüngung 26 der Führungshülse 21 abstützt. Diese Führungshülse 21 ist in einem einstückig ausgebildeten Polkern 27 geführt. Dieser Polkern 27 ist im Nahbereich des Schließkörpers 15 mit einer durchgehenden Querbohrung 28 und einer koaxial zum Stößel 24 angeordneten Längsbohrung 29 versehen. Die Querbohrung 28 bildet damit einem Anschluss T, wohingegen die Längsbohrung 29 einen Anschluss P bildet. Im in 3 dargestellten unbestromten Zustand der Spule 17 befindet sich der Magnetanker 20 in seiner Ausgangslage und der Schließkörper 15 gibt den Durchfluss zwischen den beiden Anschlüssen P und T frei. Dabei ist der Schließkörper 15 als kalottenförmiges Ende des zylindrischen Stößels 24 ausgeführt.
4 zeigt in einer geschnittenen Darstellung eine Baueinheit aus der Führungshülse 21 und dem Stößel 24 gemäß 3. Dabei ist die Führungshülse 21 als kostengünstiges Tiefziehbauteil aus Blech gefertigt. Der Stößel 24 ist hingegen aus Vollmaterial gedreht.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Baueinheit gemäß 4. Dabei ist der Stößel 124 konisch ausgeformt. Diese konische Formgebung ermöglicht geringfügige Kippbewegungen des Stößels 124 innerhalb der Verjüngung 126. Somit kann sich zum einen der kalottenförmige Schließkörper 115 auch bei leichten Fluchtungsfehlern im geschlossenen Zustand des Ventils besser am Ventilsitz ausrichten. Zum anderen ist ein Verklemmen des Stößels 124 innerhalb der Verjüngung 126 sicher ausgeschlossen. Die Führungshülse 121 ist als Tiefziehbauteil aus Blech gefertigt, wohingegen der Stößel 124 aus Vollmaterial gedreht ist. Am Fuß der Führungshülse 121 sind zwei gegenüber liegende Löcher ausgestanzt, die den Innenraum der Führungshülse 121 mit frischen Hydraulikfluid versorgen. Damit ist die verklemmsichere Beweglichkeit der Schraubendruckfeder 122 und des Stößels 124 innerhalb der Führungshülse 121 noch weiter gehend sichergestellt.
6 zeigt eine Weiterbildung der Baueinheit gemäß 5. Dabei ist der Stößel 224 als Tiefziehbauteil aus Blech gefertigt. Der ringförmige Vorsprung 225 des Stößels 224 ist demzufolge ebenfalls in das Blech des Stößels 224 eingeformt. Durch diese Formgebung kann beispielsweise eine Innenhochdruckumformung notwendig sein. Die übrigen Bauteile sind analog der Baueinheit gemäß 5 gefertigt.
7 zeigt eine Weiterbildung der Baueinheit gemäß 6. Dabei ist der Stößel 324 ebenfalls als Tiefziehbauteil aus Blech gefertigt, wobei die Formgebung insbesondere im Bereich des Vorsprungs fertigungsfreundlicher ist. So kragt das Blech im Fußbereich des Stößels 324 zu einem einwandigen Ring 350 aus, an dem einerseits die Schraubendruckfeder 322 und andererseits die Führungshülse 321 axial anliegt. Radial außen schließt sich dem Ring 350 ein kurzes Hülsenstück 351 an, welches das Ende der Schraubendruckfeder 322 aufnimmt. Die übrigen Bauteile sind analog der Baueinheit gemäß 6 gefertigt.
8 zeigt eine Weiterbildung der Baueinheit gemäß 7. Dabei ist der Stößel 424 ebenfalls als Tiefziehbauteil aus Blech gefertigt, wobei die Formgebung im Bereich des einwandigen Rings 450 und des kurzen Hülsenstücks 451 analog dem vorangegangenem Ausführungsbeispiel 7 ausgeführt ist. Es wird jedoch auf eine Innengewindehülse zur Abstützung der Schraubendruckfeder 422 verzichtet. Stattdessen ist die Schraubendruckfeder 422 an einer Zunge 452 abgestützt, die von außen in die Führungshülse 421 eingedrückt ist. Da das Material dabei teilweise abschert, bilden sich Öffnungen 453, durch die Hydraulikfluid eindringen kann, so dass auf die Löcher gemäß 5 bis. 7 verzichtet werden kann.
Der Stößel 424 ist am Ende nicht kalottenförmig, sondern abgeflacht, so dass diese Abflachung 454 selbst den Schließkörper 415 gegenüber einem flachen Ventilsitz bildet. Je nach Ausgestaltung des restlichen Ventils kann der Schließkörper aber auch von einer separaten Kugel gebildet sein, an der die Abflachung 454 anliegt.
9 zeigt eine Weiterbildung der Baueinheit gemäß 8. Dabei ist jedoch analog 6 ein ringförmiger Vorsprung 525 des Stößels 524 vorgesehen.
10 zeigt in einer geschnittenen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Baueinheit gemäß 9, wobei eine Kugel 615 als Schließkörper vorgesehen ist. Der Stößel 624 ist aus Vollmaterial gedreht und weist an der Anlage zur Kugel 615 eine kegelförmige Eindrehung auf, so dass die Kugel 615 an einer ringfömigen Anlagekante anliegt.
11 zeigt in einer geschnittenen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Baueinheit gemäß 10, wobei die Kugel 715 als Schließkörper vorgesehen ist. Dazu folgt die Führungshülse 721 an deren einem Ende in einem kurz der Außenkontur der Kugel 715, so dass ein Teilbereich der Kugel 715 aus der Führungshülse 721 herausragt, während ein relativ großer Bereich der Kugel 715 innerhalb der Führungshülse 721 liegt und sich über die Schraubendruckfeder 722 an der Innengewindehülse 723 abstützt.
12 zeigt in einer geschnittenen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Baueinheit gemäß 11, wobei die Kugel 815 an einer Scheibe 870 anliegt. Diese Scheibe 870 stützt sich somit einerseits an der Kugel 815 und andererseits an einer Schraubendruckfeder 822 ab. Übt die Kugel 815 keine Kraft auf die Scheibe 870 aus, so kommt diese Scheibe 870 infolge der Vorspannung der Schraubendruckfeder 822 axial zum Anliegen an einem radial nach innen gezogenen Bund 871 der Führungshülse 821.
13 bis 29 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Ventils 5 unter Verwendung der verschiedenen Baueinheiten gemäß 4 bis 12. Dabei sind auch verschiedene Möglichkeiten der Anbringung des Steckers zum Anschluss der Leitung 19 dargestellt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3621225 C1 [0002]

Claims

Antriebsstrang (3) mit einem Fahrdynamiksystem und einer hydraulisch betätigbaren Kupplung (4) zur Anbindung einer nicht permanent angetriebenen Achse (2) an eine permanent angetriebene Achse (1) wobei die Kupplung (4) mittels eines elektrohydraulischen Ventils (5) schließbar ist, indem eine Führungshülse (21) mittels eines Magnetankers (20) einen Schließkörper (15) gegen einen Ventilsitz (14) in eine Verschlussstellung drückt, so dass Druck zur Kupplung (4) geleitet wird, wobei innerhalb der Führungshülse (21) eine Schraubendruckfeder (22) vorgesehen ist, an welcher der Schließkörper (15) zumindest mittelbar abgestützt ist, so dass sich in der geschlossenen Stellung des Ventils (5) eine Druckbegrenzungsfunktion bildet.
Elektrohydraulisches Ventil (5) mit einer Führungshülse (21), welche in einer geschlossenen Stellung des Ventils (5) mittels eines Magnetankers (20) einen Schließkörper (15) gegen einen Ventilsitz (14) in eine Verschlussstellung drückt, so dass Druck zur Kupplung (4) geleitet wird, wobei innerhalb der Führungshülse (21) eine Schraubendruckfeder (22) vorgesehen ist, an welcher der Schließkörper (15) zumindest mittelbar abgestützt ist, so dass sich in der geschlossenen Stellung des Ventils (5) eine Druckbegrenzungsfunktion bildet, wobei die Führungshülse (21) als Tiefziehteil aus Blech ausgeführt ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper oder ein zwischen dem Schließkörper und der Schraubendruckfeder (322, 422) angeordneter Stößel (224, 324, 424, 524) ebenfalls als Tiefziehteil aus Blech ausgeführt ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper oder ein zwischen dem Schließkörper und der Schraubendruckfeder angeordneter Stößel (24, 124, 624) als Drehteil ausgeführt ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper eine Kugel (815) ist, die über eine Scheibe (870) an der Schraubendruckfeder (822) abstützbar ist.
Elektrohydraulisches Ventil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (5) von außen mit einem Kupplungsgehäuse (10) der Kupplung (4) verbunden ist.