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Die
Erfindung betrifft eine Druckübersetzungsvorrichtung, insbesondere
für die Verwendung bei Motorlagerungen, sowie ihre Verwendung
in einer Aktuatorsteuervorrichtung.
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Durch
die
EP 1 580 452 A1 ist
ein hydraulisch gedämpftes Aggregatelager für
Kraftfahrzeuge bekannt, das unter anderem für eine Motorlagerung eingesetzt
werden kann, bei der mittels des Aggregatelagers Schwingungen des
Verbrennungsmotors bei seinem Betrieb von Chassisteilen des Kraftfahrzeuges
entkoppelt werden können, wobei auch in umgekehrter Richtung
Schwingungen der Kraftfahrzeugchassis während des Fahrbetriebes
vom Motor entkoppelbar sind, um derart die Laufruhe des Motors zu erhöhen.
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Bei
der bekannten Lösung dient für die Realisierung
des Aggregatelagers eine mit Hydraulikflüssigkeit als Fluidmedium
befüllte Hydraulikkammer, die mit einem zusätzlich
gasgefüllten Ausgleichsraum in Wirkverbindung steht. Ferner
ist bei der bekannten Lösung eine Regel- und/oder Steuereinrichtung
vorgesehen, die einerseits mit einer Druckmittelquelle und andererseits
mit dem Aggregatelager verbunden ist für eine geregelte
und/oder gesteuerte Druckänderung in der genannten Hydraulikkammer und/oder
im Ausgleichsraum. In der praktischen Realisierung ist für
das Aggregatelager ein Lagerkern eingesetzt, ein karosseriefestes,
dächerförmiges Lagergehäuse sowie zwei
zwischen dem Lagerkern und dem Lagergehäuse angeordnete
und funktionell voneinander getrennte gummielastische Lagerkörper,
an die zwei durch einen Düsenkörper unterteilte und
mit Hydraulikflüssigkeit befüllte Hydraulikkammern
anschließen, wobei die untere, den Lagerkörpern
nicht unmittelbar benachbarte Hydraulikkammer von einer bewegbaren
Membran begrenzt ist, die den Ausgleichsraum unterhalb der Membran
im Lagergehäuse abschließt. Das bekannte Aggregatelager
ist hinsichtlich seiner statischen und dynamischen Eigenschaften
verbessert an die Betriebsbedingungen in Kraftfahrzeugen angepaßt
und konstruktiv einfach ausgebildet. Die jeweils gummielastischen
Lagerkörper, die zumindest teilweise an das Gehäuse
des Aggregatelagers anvulkanisiert sind und je nach Belastungsrichtung
in gegenläufiger Richtung auf Druck und Schub beansprucht
werden, lassen als grundsätzlich konzipiertes Verschleißteil
aber noch Wünsche offen, was einen lang andauernden und
funktionssicheren Betrieb anbelangt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Druckübersetzungsvorrichtung zu schaffen,
die in hohem Maße funktionssicher und lang andauernd im Betrieb
ist, kostengünstig realisiert werden kann und wenig Einbauraum
benötigt. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Aktuatorsteuervorrichtung zu schaffen unter Einsatz
der genannten Druckübersetzungsvorrichtung mit der Maßgabe des
Erhalts derselben Vorteile, wie vorstehend dargelegt. Eine dahingehende
Aufgabe löst eine Druckübersetzungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Aktuatorsteuervorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 9.
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Die
erfindungsgemäße Druckübersetzungsvorrichtung
weist eine in einem Gehäuse verfahrbare Kolbeneinrichtung
auf, die auf ihrer Eingangsseite einen hohen Fluiddruck bei niedrigem
Volumenstrom in einen niedrigen Fluiddruck bei hohem Volumenstrom auf
ihrer Ausgangsseite übersetzt. Mit der erfindungsgemäßen
Druckübersetzungsvorrichtung ist es insofern möglich,
eine Hochdruckeingangsseite auf eine Niederdruckausgangsseite zu
transformieren, um dergestalt zur Ansteuerung eines hydraulischen Verbrauchers
(Aktuators) auf der Ausgangsseite diesen ansteuerungsgerecht mit
relativ niedrigem Druck bei hohem Volumenstrom versorgen zu können.
Die genannte Kolbeneinrichtung läßt sich funktionssicher verzögerungsfrei
ansteuern und weist keine Verschleißteile auf, die einem
lang andauernden, funktionssicheren Betrieb entgegenstehen könnten.
Da im übrigen mit der Kolbeneinrichtung der Druckübersetzungsvorrichtung
sich die benötigten Druckübersetzungsverhältnisse
konstruktiv einfach einstellen und vorgeben lassen, läßt
sich eine Art Baukastensystem realisieren, bei dem man abhängig
von den Erfordernissen durch geeignete Auswahl der Einzelkomponenten
bedarfsgerecht die jeweilige Druckübersetzung im vorgebbaren
Rahmen vorgeben kann. Je nach benötigtem Übersetzungsverhältnis
baut jedenfalls die Kolbeneinrichtung klein auf und benötigt
insoweit wenig Einbauraum, was grundsätzlich bei der Anwendung
in Kraftfahrzeugen von Vorteil ist. Auch läßt
sich ein geringes Herstellgewicht realisieren, was sich wiederum
kraftstoffsparend auswirkt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Druckübersetzungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Kolbeneinrichtung
mindestens zwei Steuerkolben aufweist, von denen ein Steuerkolben
mit der kleineren Querschnittsfläche dem hohen Fluiddruck
zugewandt ist und ein Steuerkolben mit dem gegenüber größerer
Querschnittsfläche dem niedrigen Fluiddruck. Bevorzugt
ist ferner vorgesehen, dass zwischen den beiden benachbart angeordneten
Steuerkolben der Kolbeneinrichtung ein Medienraum mit veränderlichem
Aufnahmevolumen vorhanden ist, der im Betrieb ein Fluid-Luftgemisch
beinhaltet. Mit den vorstehend genannten konstruktiven Maßnahmen
ist ein hemmfreier Betrieb der Druckübersetzungsvorrich tung
gegeben mit einem entsprechend guten Wirkungsgradverhältnis
zwischen Fluiddruckeingangsseite und Fluiddruckausgangsseite.
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Erfindungsgemäß ist
weiter eine Aktuatorsteuervorrichtung vorgesehen, insbesondere für
die Verwendung bei Motorlagerungen, bei der mindestens ein Aktuator
auf seiner Versorgungsseite an die Ausgangsseite der vorstehend
genannten Druckübersetzungsvorrichtung angeschlossen ist,
die auf ihrer Eingangsseite wiederum an eine Fluidversorgungseinrichtung
angeschlossen ist. Die genannte Aktuatorsteuervorrichtung mit Versorgung
der Eingangsseite der Druckübersetzungsvorrichtung und Abruf
des Ansteuerfluids für einen Aktuator auf der Ausgangsseite,
braucht nicht auf den Einsatz bei Motorlagerung im skizzierten Sinne
beschränkt zu sein, sondern kann insgesamt dem Ansteuern
von Aktuatoreinheiten dienen, beispielsweise im Rahmen von Federungssystemen
bei Arbeitsmaschinen, wie Kabinenfederungen und dergleichen mehr.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Lösung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.
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Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung
anhand verschiedener Ausführungsformen nach der Zeichnung
näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller
und nicht maßstäblicher Darstellung die
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1 bis 4 verschiedene
Schnittdarstellungen durch die erfindungsgemäße
Druckübersetzungsvorrichtung;
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5 und 6 einmal
im Längsschnitt, einmal in einer gegenüber dem
genannten Schnitt um 90° versetzte Ansicht auf eine gegenüber
den 1 bis 4 vergrößert
dargestellte Steuerstablösung, wobei die 6 keine
maßstäbliche Wiedergabe der 5 ist
und insoweit nur die Grundprinzipien verdeutlichen soll;
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7 eine
perspektivische Ansicht auf die Druckübersetzungsvorrichtung
nach den 1 bis 4;
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8 in
der Art eines hydraulischen Schaltplans eine Aktuatorsteuervorrichtung
für eine sog. Motorlagerung unter Einsatz der Druckübersetzungsvorrichtung
nach den 1 bis 4 sowie 7.
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Die
in 1 dargestellte Druckübersetzungsvorrichtung
weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse
auf. Das dahingehende Gehäuse 10 weist eine zylindrische
Umfassungswand 12 auf, die nach oben und unten hin von
zwei Deckelteilen 14, 16 begrenzt ist. Zwischen
das untere Deckelteil 16 und den unteren Abschluß der
zylindrischen Umfassungswand 12 ist ein Gehäuseteil 18 eingesetzt,
das zu seiner Mitte hin ein nach oben hin vorstehendes zylindrisches
Wandsegment 20 aufweist, das der Führung eines
Steuerkolbens 22 dient, der als Hochdruckkolben ausgebildet
ist. Der Steuerkolben 22 verjüngt sich gemäß der
Darstellung nach der 1 in Stufen nach oben hin und
bildet im oberen Endbereich eine Aufnahme für einen weiteren Steuerkolben 24 aus,
dessen äußerer Rand nach unten hin vorspringt
und über eine vorgebbare Verlaufstrecke an einem inneren
Wandsegment 26 der Umfassungswand 12 längsverfahrbar
geführt ist.
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Für
den Aneinanderhalt der einzelnen Gehäuseteile dienen Schraubverbindungen
in der Art von Zugankern 28. Im oberen Deckelteil 14 befindet sich
die Ausgangsseite 30 der Druckübersetzungsvorrichtung
in der Art einer fluidführenden Anschlußstelle.
Auf der gegenüberliegenden und darunterliegenden Seite
ist in der Art einer Einschraubpatrone die fluidführende
Eingangsseite der Druckübersetzungsvorrichtung realisiert,
die als Hochdruckeingang ausgebildet ist, wohingegen an der Ausgangsseite 30 aufgrund
der noch zu beschreibenden Druckübersetzung demgegenüber
ein niedriger Druck ansteht, den man auch als „Mitteldruck” klassifizieren
könnte. Zwischen der Oberseite des Steuerkolbens 24 und
der benachbart gegenüberliegenden Unterseite des oberen
Deckelteils 14 ist ein erster Fluidraum 34 gebildet,
der bei dem angesprochenen Mitteldruck ein relativ großes
Fluidvolumen aufnehmen kann. Auf der Hochdruckeingangsseite 32 mündet
der Fluidhochdruck in einen zweiten Fluidraum 36 mit dem
gegenüber geringerem Volumenaufnahmevermögen.
Zwischen den beiden Steuerkolben 22, 24 und den
zuordenbaren Gehäuseabschnitten ist ein dritter Fluidraum 38 vorhanden,
der neben dem eingesetzten Fluid, insbesondere in Form von Hydrauliköl,
auch noch Luft beinhalten kann.
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Je
nach Verfahrsituation der beiden miteinander gekoppelten Steuerkolben 22, 24 sind
in den einzelnen Fluidräumen 34, 36, 38 unterschiedliche Fluidvolumina
beinhaltet. Im übrigen bildet der dritte Fluidraum 38 in
Relation zu den anderen beiden Fluidräumen 34, 36 eine
Art Niederdruckraum aus, da der dahingehende Raum 38 an
eine Niederdruckseite angeschlossen ist, im vorliegenden Fall realisiert durch
die Tankanschlußseite T (vgl. 2). Der Steuerkolben 22 weist
eine in der Längsrichtung der Vorrichtung gelegene Mittenausnehmung 40 auf,
die an ihrem oberen freien Ende in den ersten Fluidraum 34 mündet.
In die Mittenausnehmung 40 ist ein Steuerstab 42 eingesetzt,
der in den 5 und 6 vergrößert
wiedergegeben ist. Der Steuerstab 42 ist auf seiner in
Blickrichtung auf die 1 gesehen unteren Endseite mittels
einer Halterung 44 im unteren Deckelteil 16 gehalten,
das insoweit nach unten hin vorstehend ausgebildet ist und in den
dahingehenden zylindrischen Überstand greift gemäß Darstellung nach
der 1 von der linken Seite her der Hochdruckanschluß 32 ein.
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Die 2 stellt
gegenüber der 1 einen gegenüber der
Längsachse der Druckübersetzungsvorrichtung um
90° gedrehten weiteren Längsschnitt dar und die
hiermit in Verbindung stehenden Einzelheiten werden nachstehend
wie folgt erläutert.
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Auf
der Innenseite der zylindrischen Umfassungswand 12 ist
ein umlaufender Ringkanal 46 eingebracht, der in Form einer
Tankanschlußleitung T1 auf die
Gesamtniederdruckseite oder Tankanschlußseite T führt.
Des weiteren weist das Wandsegment 20 des Gehäuseteils 18 auf
seiner Innenseite einen zweiten umlaufenden Ringkanal 48 auf,
der in eine weitere Tankanschlußleitung T2 mündet,
die wiederum an die Niederdruck- oder Tankanschlußseite
T angeschlossen ist. Der jeweilige Ringkanal 46, 48 ist im
zuordenbaren Wandabschnitt des Gehäuses 10 derart
angeordnet, dass in jeder Verfahrstellung der Steuerkolben 22, 24 eine Überdeckung
realisiert ist, wobei sich insoweit die Länge der Leckageabschnitte 50 bzw. 52 zwischen
jeweiligem Kolben- und Wandabschnitt je nach Steuerposition der
Kolben 22, 24 ändert. So kann beispielsweise
je nach eingestellter Drucksituation über den Leckageabschnitt 50 Hochdruckfluid
aus dem zweiten Fluidraum 36 in die Tankanschlußleitung
T2 über den Ringkanal 48 verdrängt
werden. Entsprechend kann Fluid mit mittlerem Druck aus dem ersten
Fluidraum 34 über den oberen Leckageabschnitt 52 und
den Ringkanal 46 in die Tankanschlußleitung T1 verdrängt werden. Auf diese Art
und Weise wird verhindert, dass von einem höheren Druckniveau
aus Medium in den dritten Fluidraum 38 gelangen kann, der
ein Öl-Luft-Gemisch beinhaltet sowie ein sehr niedriges
Druckniveau aufweist.
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Dass
im dritten Fluidraum 38 nur ein niedriges Druckniveau herrscht,
liegt daran, dass gemäß den Schnittdarstellungen
nach den 3 und 4 der dritte
Fluidraum 38 über einen Sauganschluß 54 (vgl. 3)
an eine Saugleitung 56 (vgl. 8) anschließbar
ist sowie über einen Abströmanschluß 58 (vgl. 4)
an eine Abströmleitung 60 (vgl. 8). Sowohl
in den Sauganschluß 54 als auch in den Abströmanschluß 58 der
Druckübersetzungsvorrichtung ist ein Rückschlagventil 62 bzw. 64 eingesetzt, das
in Richtung des dritten Fluidraums 38 hin öffnet bzw.
schließt. Bewegt sich demgemäß die Steuerkolbeneinheit 22, 24 in
Blickrichtung auf die 1 und 2 gesehen
nach oben hin, vergrößert sich der dritte Fluidraum 38 und über
den Sauganschluß 54 kann entsprechend Luft nachströmen,
wohingegen bei sich verkleinerndem Fluidraum 38 bei umgekehrter
Steuerkolbenbewegung nach unten hin über den Abströmanschluß 58 Fluid
aus dem Fluidraum 38 verdrängt wird. Beim Ansaugvorgang
ist dann also das erste Rückschlagventil 62 geöffnet
und das zweite Rückschlagventil 64 in der Schließstellung.
Wird Fluid aus dem dritten Fluidraum 38 verdrängt,
ist wiederum das erste Rückschlagventil 62 im
Sauganschluß 54 geschlossen und das zweite Rückschlagventil 64 geöffnet
(s. hierzu auch Schaltplandarstellung nach der 8).
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Da über
den Steuerstab 42 auch Hochdruckfluid von zweitem Fluidraum 36 in
den ersten Fluidraum 34 gelangen kann, wird die dahingehende Stabkonstruktion
anhand der Darstellung nach den 5 und 6 näher
erläutert. An der Unterseite des Steuerstabes 42 ist
ein Fußteil 66 angeordnet für den Angriff
der entsprechenden Halterung 44, die insoweit mittels einer
Schraubverbindung im unteren Deckelteil 16 festgelegt ist,
so dass insoweit eine Einstellmöglichkeit für
den Steuerstab 42 geschaffen ist. Oberhalb des Fußteils 66 ist
ein zylindrisches Abdichtteil mit einer gleichfalls leckagebehafteten
Abdichtfläche 68 vorhanden, die insoweit wiederum
einen Leckageabschnitt 70 bildet mit den zugeordneten Innenwandabschnitten
des Steuerkolbens 22, gebildet durch die Mittenausnehmung 40.
Wie insbesondere die 6 zeigt, verjüngt sich
dann der Steuerstab 42 nach oben hin und erweitert sich
dann wiederum unter Bildung eines Endteils 72, das von
der Durchmessersituation her zylindrisch ausgebildet ist, so dass
mit der ansonsten zylindrisch ausgebildeten Mittenausnehmung 40 ein
gegebenenfalls fluidführender Leckagekanal (nicht dargestellt)
entsteht, der unter Ein bezug der T-förmig verlaufenden
Querbohrung 74 einen Leckage-Fluidfluß von der
Hochdruckseite auf die Mitteldruckseite im Fluidraum 34 sicherstellt.
Die 6 gibt nur prinzipiell den Aufbau des Steuerstabes 42 in überzeichneter
Form wieder und die konkreten Abmessungsverhältnisse sind
in der 5 wiedergegeben, die insoweit die konkrete Ausgestaltung
des Steuerstabes 42 betrifft.
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Wird
demgemäß auf der Ausgangsseite 30 ein
entsprechend hohes Mitteldruckniveau in Abhängigkeit der
Belastungssituation abgerufen, kann dieses von der Hochdruckseite über
den zweiten Fluidraum 36 und den ansteuerbaren Leckageabschnitt 70 situationsbedingt
als Leckagestsrom nachgeführt werden, so dass insoweit
ein Leckageausgleich möglich ist. Ist demgemäß der
Steuerkolben 22 in einer unteren Position, ist der Leckageabschnitt 70 entsprechend
lang ausgebildet und drosselt die Hochdruckzufuhr ab, wohingegen
bei nach oben bewegtem Steuerkolben 22, was der Fall ist,
wenn im ersten Fluidraum 34 ein niedriges Druckniveau herrscht,
der umfangsseitige Leckageabschnitt 70 verkürzt
und Fluid mit Hochdruckniveau strömt von der Hochdruckseite
auf die Mitteldruckseite 34 nach. In Verbindung mit den
weiteren Leckageabschnitten 50, 52 ist somit ein
selbstregulierendes Druckübersetzungssystem erreicht, wobei
aufgrund des insgesamt leckagebehafteten Systems keine Reibung entsteht, was
zu einem schnellen Ansprechverhalten für die erfindungsgemäße
Druckübersetzungsvorrichtung führt gegenüber
den sonst dicht gehaltenen Übersetzungssystemen, denen
die benötigte Dynamik in diesem Zusammenhang fehlt.
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Die 7 zeigt
die Druckübersetzungsvorrichtung als Baueinheit in einer
perspektivischen Ansicht. Die 7 macht
deutlich, dass in Kompaktbauweise und mithin platzsparend die Druckübersetzungsvorrichtung
realisierbar ist. Es ist für einen Durchschnittsfachmann überraschend,
dass auch sehr hohe Drücke mit der Kompaktbaueinheit sicher beherrschbar
sind.
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Im
folgenden wird der Einsatz der erfindungsgemäßen
Druckübersetzungsvorrichtung anhand einer Aktuatorsteuervorrichtung
nach der 8 näher erläutert.
Als Aktuator 76 nach der 8 soll ein üblicher
hydraulischer Feder-Arbeitszylinder dienen, der auf seiner Stangenseite
die Motorlast eines Antriebsmotors 78, beispielsweise für
ein Kraftfahrzeug, zumindest teilweise tragen soll. Auf seiner Gehäuseseite
ist der Aktuator 76 mit nicht näher dargestellten
Chassisteilen 80 eines Kraftfahrzeuges verbunden. Des weiteren
weist die Aktuatorsteuervorrichtung eine als Ganzes mit 82 bezeichnete
Fluidversorgungseinrichtung auf. Zwischen Fluidversorgungseinrichtung 82 und
Aktuator 76 ist die Druckübersetzungsvorrichtung
nach den 1 bis 4 sowie 7 geschaltet.
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Die
Fluidversorgungseinrichtung 82 entnimmt aus einem Tank 84 mittels
einer Versorgungseinheit 86, beispielsweise in Form einer
Hydraulikpumpe, Fluidmedium aus dem Tank 84. Auf der Ausgangsseite
der Versorgungseinheit 86 ist diese mit einem Druckbegrenzungsventil 88 abgesichert,
und zwar in Richtung einer Rücklaufseite 90, die
in einen Siebfilter 92 endet. Die Hydraulikpumpe kann beispielsweise
durch den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben sein.
Zur Fluidversorgung ist in den hydraulischen Kreis ferner ein Hydrospeicher 94 geschaltet,
der über ein Rückschlagventil 96 entsprechend
abgesperrt ist. In Fluidströmungsrichtung dahinter schließt
sich ein übliches Proportionaldruckminderventil 98 an
und über entsprechende Sensoren 100 lassen sich
die erfaßten Druckwerte in Spannungswerte umsetzen, um
dergestalt eine nicht näher dargestellte Steuer- oder Regelungseinheit
mit Meßwerten für die Ansteuerung der Gesamtvorrichtung
zu versorgen.
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Insgesamt
ist die Fluidversorgungseinrichtung 82 derart ausgelegt,
dass auf der Eingangsseite 32 des Druckübersetzers
ein entsprechend hoher Fluiddruck bei niedrigem Volumenstrom ansteht.
Mittels der Steuerkolbeneinheit, bestehend aus den Steuerkolben 22, 24,
ist dann, wie dargelegt, der Druckübersetzer in der Lage,
an seiner Ausgangsseite 30 einen niedrigeren Mitteldruck
bei hohem Volumenstrom zur Verfügung zu stellen, um den
Aktuator 76 abhängig von der eingeleiteten Lastsituation sachgerecht
anzusteuern. Durch den Aktuator 76 nebst Einsatz der genannten
Druckübersetzungsvorrichtung ist es so möglich,
die allfälligen Schwingungen zwischen Motor 78 und
Chassisteilen 80 des Kraftfahrzeuges vollständig
zu entkoppeln, was zu einem ausgesprochen ruhigen Motorlauf führt
und da auch das Chassis ruhiger reagiert, lassen sich insoweit beim
Fahren höhere Leistungs- und Geschwindigkeitswerte erreichen.
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Wie
weiter die 8 zeigt, sind sowohl die Saugleitung 56 als
auch die Abströmleitung 60, die insoweit auch
als Leckageleitung dient, zum Tank 84 hingeführt.
Anstelle der aufgezeigten Motorlagerung als praktisches Ausführungsbeispiel
läßt sich die vorstehend beschriebene Aktuatorsteuervorrichtung auch
sonst überall dort einsetzen, wo bewegbare Komponenten,
insbesondere von ihrem Schwingungsverhalten her, voneinander zu
entkoppeln sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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