DE102010010869A1

DE102010010869A1 - Einrichtung zur Wankstabilisierung

Info

Publication number: DE102010010869A1
Application number: DE102010010869A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Koch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hydraulikpumpe (32), die Hydraulikmedium aus einem Tank (30) fördert und über Aktorleitungen (45–50) mit Hydraulikaktoren (41–44) verbindbar ist, die über Tankleitungen (36, 37) mit dem Tank (30) verbindbar sind. Um die Einrichtung zur Wankstabilisierung, insbesondere im Hinblick auf eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb, zu verbessern, zeichnet sich diese durch eine Tankdruckhebeventileinrichtung (65) aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hydraulikpumpe, die Hydraulikmedium aus einem Tank fördert und über Aktorleitungen mit Hydraulikaktoren verbindbar ist, die über Tankleitungen mit dem Tank verbindbar sind.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 002 983 A1 ist ein aktives Fahrwerksystem bekannt, bei dem jedes Fahrzeugrad über ein Federelement und eine als Dämpfer und als hydraulischer Aktuator wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit am Fahrzeugaufbau abgestützt ist, wodurch sowohl Wankregelung als auch Niveauregelung und Dämpfung von Hubschwingungen realisiert werden. Jede Hydraulikversorgungsleitung kann nahe der jeweiligen Aktuator-Arbeitskammer ein passives oder alternativ ein regelbares als Drossel beziehungsweise Verstelldrossel ausgeführtes Dämpferventil in Reihe zur Aktuator-Arbeitskammer aufweisen, wodurch der Aktuator äußerst wirkungsvoll gleichzeitig als Dämpfer wirken kann. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 028 327 A1 ist eine aktive hydraulische Wankstabilisierung mit einer Zylinderkolbeneinheit bekannt, wobei an der inneren Stirnfläche des Zylinderkopfs eine elastische Anschlagscheibe anliegt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 029 527 A1 ist ein Wankstabilisierungssystem mit einem Ausgleichsvolumen bekannt, das durch eine balgartige oder schlauchförmige Struktur aus einem elastomeren Werkstoff gebildet ist. Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005 012 885 U1 ist ein hydraulischer Aktuator mit einem Antikavitations-Druckspeicher bekannt, dessen Inhalt in eine Druckkammer strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation der Druckkammer zu verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Wankstabilisierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere im Hinblick auf eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer Einrichtung zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hydraulikpumpe, die Hydraulikmedium aus einem Tank fördert und über Aktorleitungen mit Hydraulikaktoren verbindbar ist, durch eine Tankdruckhebeventileinrichtung gelöst. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb der Wankstabilisierungseinrichtung auf eine Kombination von Kavitationsgeräuschen und Kontaktgeräuschen zurückgeführt werden können, die sich überlagern. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Geräuschentwicklung werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. Durch die erfindungsgemäße Tankdruckhebeventileinrichtung wird der Rücklaufdruck gezielt angehoben. Dadurch kann eine auf Strömungseffekten beruhende Geräuschentwicklung reduziert werden. Der Rücklaufdruck wird durchflussunabhängiger. Die Tankdruckhebeventileinrichtung ist vorzugsweise in einer Tankleitung oder Rücklaufleitung angeordnet, das heißt zwischen den Tank und einen Ventilblock geschaltet, der ein Richtungsventil enthält. Die Tankdruckhebeventileinrichtung kann dabei in einer Ausführungsform der Erfindung in den Ventilblock integriert sein.
Vorzugsweise kann mit Hilfe der Tankdruckhebeventileinrichtung der Rücklaufdruck zum Beispiel in einem Pumpendurchflussbereich von 1 bis 12,5 Litern pro Minute auf einem konstanten Wert von zum Beispiel 5 bar gehalten werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tankdruckhebeventileinrichtung ein Rückschlagventil umfasst, das parallel zu dem Druckregelventil geschaltet ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine Vakuumbefüllung der Einrichtung zur Wankstabilisierung über die Tankleitung oder Rücklaufleitung ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in oder an mindestens einer der Aktorleitungen eine Drosselrückschlagventileinrichtung angeordnet ist. Die Drosselrückschlagventileinrichtung umfasst eine Drossel und ein Rückschlagventil, das parallel zu der Drossel geschaltet ist. Durch die Drossel kann die Aktorausfahrbewegung gedämpft werden. Durch das Rückschlagventil wird ein ungedrosseltes Einfahren des Aktors ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrückschlagventileinrichtung in eine Hohlschraube integriert ist. Bei der Hohlschraube handelt es sich zum Beispiel um eine Anschlussschraube, über die eine Aktorleitung an einen Aktor angeschlossen ist. Alternativ kann die Drosselrückschlagventileinrichtung auch in einen Ventilblock integriert werden, der ein Richtungsventil umfasst.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Aktorleitungen ein elastisches Leitungselement umfasst. Bei dem elastischen Leitungselement handelt es sich zum Beispiel um einen Dehnschlauch.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikaktoren als Hydraulikzylinder mit einem Druckanschlagpuffer und/oder einem Zuganschlagpuffer ausgeführt sind. Die Druckanschlagpuffer und Zuganschlagpuffer können Kunststofffederelemente umfassen, die mit einem Kolben in dem Hydraulikzylinder gekoppelt sind.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschlagpuffer und/oder der Zuganschlagpuffer eine Stahlfeder umfassen/umfasst. Die Verwendung von Stahlfedern in den Anschlagpuffern hat sich beim Auftreten von größeren Spannungen im Betrieb der Wankstabilisierungseinrichtung als vorteilhaft erwiesen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder mindestens eine Anlaufscheibe für den Druckanschlagpuffer und/oder den Zuganschlagpuffer aufweist. Die Anlaufscheibe ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem elastischen Kunststoffmaterial, gebildet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe mit ihrer dem Druckanschlagpuffer und/oder dem Zuganschlagpuffer abgewandten Seite an einem O-Ring anliegt. Durch den O-Ring, der vorzugsweise aus einem elastomeren Kunststoffmaterial gebildet ist, wird ein zu hartes Auftreffen der Anschlagpuffer, insbesondere wenn diese Stahlfedern umfassen, auf der Anlaufscheibe sicher verhindert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung von zwei Hydraulikaktoren, die über einen Stabilisator miteinander gekoppelt sind;
2 einen als Hydraulikzylinder ausgeführten Hydraulikaktuator im Längsschnitt;
3 einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Wankstabilisierungseinrichtung;
4 einen Ausschnitt aus 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Drosselrückschlagventilen;
5 eine perspektivische Darstellung der Wankstabilisierungseinrichtung mit einer vergrößert dargestellten Hohlschraube und
6 einen Ausschnitt aus 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit elastischen Leitungselementen.
In 1 ist eine Einrichtung 1 zur Wankstabilisierung vereinfacht dargestellt. Die Wankstabilisierungseinrichtung 1 wird auch als Antiwanksystem bezeichnet und dient dazu, unerwünschte Wankbewegungen eines Kraftfahrzeugs an einer Vorderachse beziehungsweise Hinterachse um eine Längsachse des Kraftfahrzeugs zu verhindern.
Die Wankstabilisierungseinrichtung umfasst zwei Aktoren 3, 4, die als Hydraulikzylinder ausgeführt sind. Über Aktorleitungen 5, 6 können die jeweils zwei Arbeitsräume der Aktoren 3, 4 im Wechsel gezielt mit hydraulischem Druck beaufschlagt werden, um zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs den Wankwinkel zu minimieren.
Die beiden Aktoren 3, 4, die auch als Aktuatoren bezeichnet werden, sind durch einen Stabilisator 8 miteinander gekoppelt. Der Stabilisator 8 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet. An den Enden des Stabilisators 8 ist jeweils ein Ende einer Kolbenstange 11, 12 befestigt, die von einem Kolben 13, 14 ausgeht, der in dem zugehörigen Aktor 3, 4 hin und her bewegbar geführt ist. Die Kolben 13, 14 begrenzen die jeweils zwei Arbeitsräume in den Aktoren 3, 4.
Bei einer äußeren Störanregung müssen die Kolben 13, 14 in den Aktoren 3, 4 schnell viel Hydraulikmedium verdrängen beziehungsweise nachsaugen. Durch das Nachsaugen entsteht in dem jeweiligen Arbeitsraum des Aktors 3, 4 ein Unterdruck, der zu Kavitationsgeräuschen führen kann. Außerdem treten in den Aktoren 3, 4 mechanisch bedingte Kontaktgeräusche auf, die als störend empfunden werden.
In 2 ist der Aktor 3 aus 1 im Längsschnitt dargestellt. Der Kolben 13 ist an seinem der Kolbenstange 11 abgewandten Ende mit einem Druckanschlagpuffer 16 aus Kunststoff ausgestattet. Der Druckanschlagpuffer 16 dient dazu, unerwünschte Anschlaggeräusche zu dämpfen, wenn der Kolben 13 seine in 2 obere Endposition einnimmt.
Auf seiner der Kolbenstange 11 zugewandten Seite ist der Kolben 13 mit einem Zuganschlagpuffer 17 ausgestattet. Der Zuganschlagpuffer 17 ist ebenfalls aus Kunststoff gebildet und dient dazu, unerwünschte Anschlaggeräusche zu dämpfen, wenn der Kolben 13 seine in 2 untere Endposition einnimmt.
Wenn der Kolben 13 seine in 2 untere Endposition einnimmt, dann kommt der Zuganschlagpuffer 17 an einer Anlaufscheibe 18 zur Anlage, die an dem in 2 unteren Ende des als Hydraulikzylinder ausgeführten Aktors 3 angeordnet ist. Die Anlaufscheibe 18 ist zum Beispiel aus Kunststoff gebildet und liegt an einem O-Ring 19 an, der aus einem elastischen Kunststoffmaterial gebildet ist. Durch den O-Ring 19 wird die Dämpfungswirkung der Anlaufscheibe 18 deutlich verbessert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die Wirksamkeit der Anschlagpuffer 16, 17 deutlich verbessert werden kann, wenn diese statt aus Kunststoff aus Stahl gebildet sind. Daher wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die Anschlagpuffer 16, 17, insbesondere den Zuganschlagpuffer 17, durch eine Stahlfeder, insbesondere eine Schraubendruckfeder aus einem Federstahlwerkstoff, zu ersetzen.
Durch die Verwendung von Stahlfedern kann die Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik der Anschlagpuffer optimiert werden. Die Kombination einer Stahlfeder mit dem durch die Anlaufscheibe 18 gekapselten O-Ring 19 hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Aktordurchmesser der Aktoren, die der Hinterachse zugeordnet sind, verringert.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Wankstabilisierungseinrichtung in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt. Aus einem Tank 30 wird Hydraulikmedium, zum Beispiel Hydrauliköl, mit Hilfe einer Hydraulikpumpe 32 zu einem Ventilblock 33 und einem Ventilblock 34 gefördert. Der Ventilblock 33 ist der Hinterachse zugeordnet. Der Ventilblock 34 ist der Vorderachse des Kraftfahrzeugs zugeordnet.
Die Druckseite der Pumpe 32 steht über eine Hydraulikleitung 35 mit dem Ventilblock 33 in Verbindung. Der Tank 30 steht über Tankleitungen 36, 37 mit den Ventilblöcken 33 und 34 in Verbindung. Dem Ventilblock 33 sind zwei Aktoren 41, 42 für die Hinterachse zugeordnet. Dem Ventilblock 34 sind zwei weitere Aktoren 43, 44 für die Vorderachse des Kraftfahrzeugs zugeordnet.
Der Ventilblock 33 steht über Aktorleitungen 45, 48 mit den Aktoren 41, 42 in Verbindung. Der Ventilblock 34 steht über Aktorleitungen 46, 47, 49 und 50 mit den Aktoren 43 und 44 in Verbindung. Des Weiteren sind den Ventilblöcken 33, 34 jeweils zwei Drucksensoren 51, 52 und 53, 54 zugeordnet.
Die Ventilblöcke 33, 34 umfassen jeweils ein Richtungsventil 55, 56 und ein Druckbegrenzungsventil 57, 58, das als Servoventil ausgeführt ist. Der Ventilblock 34 umfasst des Weiteren ein Fail-Safe-Ventil 60. Den Richtungsventilen 55, 56 ist in dem Ventilblock 33 ein Stromteiler 62 vorgeschaltet. Über den Stromteiler 62 können die Richtungsventile 55, 56 der beiden Ventilblöcke 33, 34 mit dem von der Hydraulikpumpe 32 bereitgestellten Hydraulikdruck beaufschlagt werden.
Über eine kreuzweise Anbindung der Aktoren 41, 42 und 43, 44 an die Richtungsventile 55 und 56 können die Kolbenstangen der Aktoren 41 bis 44 zur Wankstabilisierung gezielt eingefahren beziehungsweise ausgefahren werden, um Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs auszugleichen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist zwischen den Tank 30 und den Ventilblock 33 eine Tankdruckhebeventileinrichtung 65 geschaltet. Die Tankdruckhebeventileinrichtung 65 umfasst ein Druckregelventil oder Druckhalteventil, zu dem ein Rückschlagventil parallel geschaltet ist. Das Rückschlagventil verhindert ein unerwünschtes Rückströmen von Hydraulikmedium in den Tank 30. Über das Druckregelventil oder Druckhalteventil kann der Tankdruck oder Rücklaufdruck in der Tankleitung 36 durchflussunabhängig auf einem gewünschten Rücklaufdruckwert, von zum Beispiel 5 bar, gehalten werden.
In 4 ist ein Ausschnitt einer Wankstabilisierungseinrichtung, wie sie in 3 dargestellt ist, mit zwei Aktoren 71, 72 vereinfacht dargestellt. Bei den Aktoren 71, 72 handelt es sich vorzugsweise um Hydraulikzylinder, wie sie 3 mit 41, 42 beziehungsweise 43, 44 bezeichnet sind. Die Aktoren 71, 72 sind über Aktorleitungen 73, 74, 76, 77 mit einem Ventilblock 75 verbunden.
In den beiden in 4 unteren Aktorleitungen 73, 74 ist jeweils ein Drosselrückschlagventil 78, 79 vorgesehen. Die Drosselrückschlagventile 78, 79 dienen in der Verbindung zum Ventilblock 75 dazu, die Aktorausfahrbewegung der Aktoren 71, 72 zu bedampfen. Zu diesem Zweck umfassen die Drosselrückschlagventile 78, 79 jeweils eine Drossel, zu der ein Rückschlagventil parallel geschaltet ist. Das Rückschlagventil ermöglicht ein ungedrosseltes Befüllen der Aktoren 71, 72 über die Aktorleitungen 73, 74. Die Aktorausfahrbewegung der Aktoren 71, 72 wird durch die Drosseln der Drosselrückschlagventile 78, 79 gedämpft.
In 5 ist eine Wankstabilisierungseinrichtung 1 mit zwei Aktoren 3, 4, die durch einen Stabilisator 8 miteinander verbunden sind, perspektivisch dargestellt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Drosselrückschlagventile, die in 4 mit 78 und 79 bezeichnet sind, jeweils in eine Hohlschraube 85 integriert, die in 5 vergrößert und teilweise geschnitten dargestellt ist. Die Wankstabilisierungseinrichtung 1 umfasst, wie durch Pfeile 86 und 87 angedeutet ist, insgesamt zwei Hohlschrauben 85, die zum Anschließen der Aktorleitungen an die Aktoren 3, 4 dienen.
In 6 ist ein Ausschnitt aus 3 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit elastischen Leitungselementen 91 bis 96 dargestellt. Bei den elastischen Leitungselementen 91 bis 96 handelt es sich vorzugsweise um Dehnschläuche, die in den Aktorleitungen 48, 45, 47, 49, 46 und 50 vorgesehen sind, um die hydraulische Elastizität, insbesondere die hydraulische Speicherwirkung, der als Hydraulikleitungen ausgeführten Aktorleitungen zu vergrößern. Dadurch können im Betrieb auftretende Unterdruckphasen verringert werden. Dadurch wiederum kann im Betrieb der Wankstabilisierungseinrichtung das Auftreten von Kavitation mit der damit verbundenen Geräuschentwicklung reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006002983 A1 [0002]
DE 102005028327 A1 [0002]
DE 102005029527 A1 [0002]
DE 202005012885 U1 [0002]

Claims

Einrichtung zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Hydraulikpumpe (32), die Hydraulikmedium aus einem Tank (30) fördert und über Aktorleitungen (45–50) mit Hydraulikaktoren (3, 4; 41–44; 71–72) verbindbar ist, die über Tankleitungen (36, 37) mit dem Tank (30) verbindbar sind, gekennzeichnet durch eine Tankdruckhebeventileinrichtung (65).
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankdruckhebeventileinrichtung (65) ein Druckregelventil umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankdruckhebeventileinrichtung (65) ein Rückschlagventil umfasst, das parallel zu dem Druckregelventil geschaltet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an mindestens einer der Aktorleitungen (45–50) eine Drosselrückschlagventileinrichtung (78, 79) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselrückschlagventileinrichtung (78, 79) in eine Hohlschraube (85) integriert ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Aktorleitungen (45–50) ein elastisches Leitungselement (91–96) umfasst.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikaktoren (3, 4; 41–44; 71–72) als Hydraulikzylinder mit einem Druckanschlagpuffer (16) und/oder einem Zuganschlagpuffer (17) ausgeführt sind.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckanschlagpuffer (16) und/oder der Zuganschlagpuffer (17) eine Stahlfeder umfassen/umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder mindestens eine Anlaufscheibe (18) für den Druckanschlagpuffer (16) und/oder den Zuganschlagpuffer (17) aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (18) mit ihrer dem Druckanschlagpuffer (16) und/oder dem Zuganschlagpuffer (17) abgewandten Seite an einem O-Ring (19) anliegt.