DE102010042194A1

DE102010042194A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Speichers eines Hydrauliksystems

Info

Publication number: DE102010042194A1
Application number: DE201010042194
Authority: DE
Inventors: Ruediger Block; Nils Steinbach; Wolfgang Rudolph; Werner Hess; Ianislav Krastev; Manfred Stachely; Helmut Schneider; Steffen Strauss; Uwe Kulow; Christof Ott
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-12
Also published as: US20130263948A1; WO2012045547A1; EP2625433A1; CN103140687A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (20) zur Steuerung eines hydraulischen Speichers (10) eines Hydrauliksystems (12) beschrieben, beispielsweise eines Fahrzeuggetriebes (14), mit einer Ventileinrichtung (26), welche einen speicherseitigen Anschluss (B) der Vorrichtung (20) mit einem systemseitigen Anschluss (A) verbinden und von ihm trennen kann, wobei die Ventileinrichtung (26) mindestens eine Ventil-Hauptstufe (56), welche hydraulisch zwischen speicherseitigem Anschluss (B) und systemseitigem Anschluss (A) angeordnet ist und durch ein Beaufschlagungsmittel, vorzugsweise den hydraulisch am speicherseitigen Anschluss (B) herrschenden Druck, in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, und ein elektrisch betätigtes Steuerventil (52) umfasst, welches den systemseitigen Anschluss (A) mit einem in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe (56) wirkenden Steueranschluss (X) der Ventil-Hauptstufe (56) und mit dem speicherseitigen Anschluss (B) verbinden kann, wobei zwischen dem Steuerventil (52) und dem speicherseitigen Anschluss (B) mindestens eine erste Drossel (60) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vom Markt her bekannt sind so genannte Start-Stopp-Funkionen für Kraftfahrzeuge, mittels welcher die Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeugs durch ein Steuergerät automatisch abgeschaltet werden kann. Daraus kann sich eine Einsparung von Kraftstoff in einem Bereich von etwa 3% bis etwa 5% ergeben.
Automatische Getriebe wie beispielsweise ein Stufenautomat, ein Doppelkupplungsgetriebe oder kontinuierlich variable Getriebe, werden in der Regel hydraulisch angesteuert und benötigen zum Betrieb einen hydraulischen Druck und einen hydraulischen Volumenstrom. Dieser wird von einer mechanischen – das heißt von der Brennkraftmaschine angetriebenen – Pumpe bereit gestellt, wobei die Pumpe durch die lineare Abhängigkeit des Volumenstroms von der Drehzahl und wegen vorgehaltener Reserven zur Berücksichtigung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine und einer eventuell hohen Öltemperatur in der Regel überdimensioniert ausgeführt wird.
Ein Systemdruck-Regler stellt einen konstanten hydraulischen Druck in dem automatischen Getriebe ein, und eine überschüssige Menge an Fluid wird in einen Tank oder Speicher zurück geleitet. Es sind Lösungen bekannt, bei denen die Pumpe mechanisch variabel ausgeführt ist (z. B. mittels einer Verstellung der Exzentrizität einer Flügelzellenpumpe), was zu Kraftstoff-Einsparungen führen kann.
Bei stehender Brennkraftmaschine während der Stopp-Phase und stehender Hydraulikpumpe wird das Getriebe möglicherweise nicht mehr mit einem genügenden Druck beziehungsweise genügendem Volumenstrom versorgt. Da der Hydraulikkreis gewisse Leckagen aufweist, werden die Kupplungen und Bremsen durch Rückstellfedern in eine drucklose (das heißt in der Regel geöffnete) Position gebracht.
Bei Wiederstart der Brennkraftmaschine dauert es eine gewisse Zeit, bis die mechanische Pumpe wieder genügend Druck erzeugt. Dies führt zu einem entsprechenden Zeitversatz, bis ein Anfahrdrehmoment über die Kupplungen übertragen werden kann. Zum anderen können sich unerwünschte Momentensprünge ergeben, wenn die Kupplungen unkontrolliert schließen oder durchrutschen. Desweiteren sind diese Kupplungen in der Regel nicht für die dabei auftretenden Belastungen ausgelegt.
Um dies zu beheben, kann eine elektrisch bedarfsgerecht angesteuerte Ölpumpe eingesetzt werden, die dauernd oder kurz vor dem Start der Brennkraftmaschine das Öl bzw. das Hydraulikfluid in dem Getriebe passend ergänzt. Eine alternative Lösung ist der Einsatz einer Speicherkomponente. Diese hat die Aufgabe, kurz vor und/oder bei dem Start der Brennkraftmaschine eine fehlende Menge Öl ins Getriebe abzugeben, um die Leitungen und das Getriebe bzw. die Kupplungen zu befüllen.
Es ist weiterhin eine Lösung bekannt, bei der ein Feder-Kolbenspeicher – beispielsweise mit einer Speichergröße von in etwa 100 ml (Milliliter) mechanisch während der Stopp-Phase in gefülltem Zustand rastiert wird, und der während des normalem Fahrbetriebs durch die Hydraulikpumpe geladen wird. Dabei kann der Ladezeitpunkt nicht beeinflusst werden, da über eine Befülldrossel abhängig vom Druck der Pumpe bereits kurz nach dem Motorstart (das heißt, bei niedrigen Drehzahlen) Fluid vom Getriebe-Hydraulikkreis in den Speicher fließt.
Während der Stopp-Phase der Brennkraftmaschine wird ein Hubmagnet eines den Fluidaustausch kontrollierenden Ventils bestromt. Vor und während des Wiederstarts der Brennkraftmaschine, wenn die Drehzahl kontinuierlich steigt, wird die Rastierung gelöst, indem der Hubmagnet stromlos geschaltet wird, wodurch ein hydraulischer Druck und eine passende Menge an Fluid für das Getriebe bereit gestellt werden. Dabei werden die leergelaufenen Kavitäten des Hydraulikkreises befüllt, so dass der Druckaufbau durch die mechanische Pumpe rasch erfolgen und das Kraftfahrzeug ohne eine merkliche Verzögerung losfahren kann.
Eine allgemeine Lösung stellt die Kombination z. B. eines beliebigen Hydraulikspeichers (beispielsweise Gas-Kolben-Speicher, Feder-Kolben-Speicher, Gas-Membran-Speicher mit Sperrschicht) in Verbindung mit einem elektro-hydraulischen Ventil (etwa ein 2/2-Wegeventil) dar. Dabei wird der Speicher während des normalem Fahrbetriebs durch die Getriebeölpumpe mit Fluid geladen. Während der Stopp-Phase hält der Speicher das Fluid gespeichert und kann dieses kurz vor und/oder während der Start-Phase wieder an das Getriebe bzw. das hydraulische System abgeben.
Es sind hohe Anforderungen an das Ventil hinsichtlich Dichtigkeit, Verschmutzung des Fluids (Mediums), und den erforderlichen Durchfluss zu erfüllen. Beispielsweise kann es gefordert sein, einen Durchfluss von 30 Litern je Minute für eine Zeit von 200 ms (Millisekunden) zu erreichen. Beim Laden des Speichers ist weiterhin zu beachten, dass der Volumenstrom begrenzt wird, beispielsweise auf etwa 3 Liter je Minute, damit der Druck im Getriebesystem durch den „fehlenden” Volumenstrom nicht einbricht oder die mechanische Getriebeölpumpe gegebenenfalls größer dimensioniert werden müsste.
Aus diesem Fachgebiet sind beispielsweise die folgenden Dokumente bekannt: DE 10 2006 041 899 A1 , DE 10 2006 014 756 A1 , DE 10 2006 014 758 A1 , JP 10250402 A , US 5 293 789 A1 , EP 1 265 009 B1 , US 20050096171 A1 , EP 1 353 075 A2 und JP 2007138993 A .
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein hydraulischer Speicher eines Hydrauliksystems, insbesondere in automatischen Getrieben, zur Durchführung einer Start-Stopp-Funktion einer Brennkraftmaschine kontrolliert befüllt und entleert werden kann, wobei der beanspruchte Bauraum, der Verschleiß und die Anfälligkeit gegen Verschmutzungen gering sind und ein elektrischer Energieverbrauch niedrig ist. Insbesondere kann die Vorrichtung so ausgeführt werden, dass während einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine keine elektrische Energie zum Halten des hydraulischen Speicherdrucks erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet zuverlässig und kostengünstig und kann vergleichsweise einfach gefertigt werden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein hydraulischer Speicher eines Hydrauliksystems, etwa für industrielle Hydraulikanwendungen oder in der Automobiltechnik – wie beispielsweise für den Motorölkreislauf oder das Fahrzeuggetriebe – kontrolliert befüllt und entleert werden soll. Dies kann auch als eine richtungsabhängige ”Volumenstromsteuerung” bezeichnet werden. Dazu wird erfindungsgemäß eine Ventileinrichtung mit einem elektromagnetisch betätigbaren Steuerventil und einer davon ansteuerbaren Ventil-Hauptstufe (beispielsweise in Form eines Schaltventils) verwendet. Dabei übernimmt eine in dem Hydrauliksystem vorhandene Druck- bzw. Volumenstromquelle (beispielsweise eine mechanisch angetriebene Pumpe) das Befüllen des Speichers.
Die Vorrichtung umfasst einen speicherseitigen Anschluss und einen systemseitigen Anschluss. Die Ventil-Hauptstufe ist hydraulisch zwischen dem speicherseitigen Anschluss und dem systemseitigen Anschluss angeordnet, und wird vorzugsweise durch den am speicherseitigen Anschluss herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Kennzeichnend ist, dass der hydraulische Querschnitt des Steuerventils in vorteilhafter Weise deutlich kleiner sein kann im Vergleich zum großen Querschnitt der Ventil-Hauptstufe. Das Steuerventil kann den systemseitigen Anschluss mit einem in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe wirkenden Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe und ebenso mit dem speicherseitigen Anschluss verbinden. Dabei ist zwischen dem Steuerventil und dem Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe einerseits und dem speicherseitigen Anschluss andererseits mindestens eine erste Drossel angeordnet, welche bei geöffnetem Steuerventil für eine gewisse hydraulische Trennung zwischen steuerseitigem und speicherseitigem Anschluss und somit ein sicheres Öffnen der Ventil-Hauptstufe sorgt, und bei geöffnetem Steuerventil ein allmähliches Befüllen des Speichers ermöglicht, bei geschlossenem Steuerventil und gefülltem Speicher dagegen den am speicherseitigen Anschluss herrschenden Druck zum Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe hindurchlässt und so für ein sicheres Schließen der Ventil-Hauptstufe sorgt. Mit dieser Anordnung wird eine Grundform für eine hydraulisch vorgesteuerte Ventileinrichtung gebildet, die auch als ”Servoventil” bekannt ist. Dadurch kann mittels eines vergleichsweise kleinen Steuerventils ein vergleichsweise großer hydraulischer Volumenstrom gesteuert werden, wobei vorteilhaft der in dem hydraulischen Speicher vorhandene Druck ausgenutzt wird. Die erste Drossel kann auch als Blende oder als ein sonstiges hydraulisches Element, welches geeignet ist, einen Hydraulikstrom zu drosseln, ausgeführt sein. Eine Drossel weist gegenüber einer Blende den Vorteil auf, dass der Volumenstrom vergleichsweise unabhängig von der Temperatur des Fluids begrenzt werden kann.
Die Vorrichtung kann mindestens drei Betriebszustände abhängig von der Richtung der Druckdifferenz und des elektrischen Ansteuersignals des Steuerventils aufweisen. Ein erster Betriebszustand ermöglicht das Fördern von Fluid von dem systemseitigen Anschluss zu dem speicherseitigen Anschluss, das heißt, ein an dem speicherseitigen Anschluss angeschlossener hydraulischer Speicher kann mit Fluid befüllt oder ”geladen” werden. Eine Voraussetzung dafür ist, dass der hydraulische Druck während dieses Zustands an dem systemseitigen Anschluss größer ist als an dem speicherseitigen Anschluss. Die Ventil-Hauptstufe ist in diesem Fall bei den meisten Ausgestaltungen geschlossen, das Steuerventil geöffnet. Dabei begrenzt der hydraulische Querschnitt des Steuerventils und weiterer hydraulischer Elemente im Hydraulikpfad vom systemseitigen Anschluss zu dem speicherseitigen Anschluss den Lade-Volumenstrom, was im Allgemeinen erwünscht ist.
Ein zweiter Betriebszustand betrifft das ”Halten” des hydraulischen Drucks an dem speicherseitigen Anschluss beziehungsweise in dem hydraulischen Speicher (nach einem Befüllen). Vorzugsweise ist dabei der hydraulische Druck an dem speicherseitigen Anschluss in etwa gleich oder höher als an dem systemseitigen Anschluss. Damit wird eine zumindest vorübergehende Speicherung von Fluid ermöglicht. Von Bedeutung ist, dass bei gesperrtem Steuerventil der hydraulische Druck am Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe in etwa dem hydraulischen Druck an dem speicherseitigen Anschluss entspricht.
Dies wird durch die Wirkung der ersten Drossel erreicht. Damit ergeben sich beiderseits eines in der Ventil-Hauptstufe angeordneten Ventilkörpers in etwa gleiche hydraulische Drücke. In diesem Zustand kann eine – weiter unten beschriebene – Feder, welche in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe wirkt, ein definiertes Sperren der Ventil-Hauptstufe bewirken. Vorzugsweise ist das Steuerventil so ausgeführt, dass beispielsweise ein Elektromagnet beim Halten des hydraulischen Drucks stromlos ist und somit keine Energie verbraucht.
In einem dritten Betriebszustand ist der hydraulische Druck an dem speicherseitigen Anschluss größer als an dem systemseitigen Anschluss. Damit kann bei geöffneter Ventil-Hauptstufe Fluid von dem speicherseitigen Anschluss beziehungsweise dem hydraulischen Speicher zurück zu dem systemseitigen Anschluss fließen. Der hydraulische Speicher wird dabei zumindest teilweise entleert. Dieser Betriebszustand liegt beispielsweise bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine nach einem Stopp vor.
Erfindungsgemäß wird das Entleeren des hydraulischen Speichers durch eine Betätigung des Steuerventils kontrolliert durchgeführt, wobei das Steuerventil vorübergehend geöffnet wird, und ein Druck in einem Steuerbereich bzw. am Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe verändert – vorzugsweise verkleinert – wird. Dadurch kann die Ventil-Hauptstufe nachfolgend öffnen, wodurch der speicherseitige Anschluss und der systemseitige Anschluss mit einem vergleichsweise großen Durchflussquerschnitt hydraulisch verbunden werden.
Ebenso kann – in einigen Ausgestaltungen der Vorrichtung – auch das Fördern von Fluid von dem systemseitigen Anschluss hin zu dem speicherseitigen Anschluss, also das Befüllen des hydraulischen Speichers, durch eine Betätigung des Steuerventils kontrolliert werden. Dabei bleibt die Ventil-Hauptstufe gesperrt, deren großer hydraulischer Querschnitt also geschlossen, so dass der durch das Steuerventil in den hydraulischen Speicher fließende Fluidstrom begrenzt werden kann, und somit kein unzulässiger Druckabfall in dem Hydrauliksystem erfolgt.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass die Ventil-Hauptstufe eine in Schließrichtung wirkende Feder umfasst. Dadurch kann ein im der Ventil-Hauptstufe verschiebbarer Ventilkörper und/oder ein verschiebbarer Kolben auch bei einem geringen oder fehlenden hydraulischen Druck jederzeit in eine definierte Position gebracht werden. Darüber hinaus kann durch eine geeignete Bemessung der Federeigenschaften das Betriebsverhalten der Ventil-Hauptstufe an jeweilige Erfordernisse und hydraulische Drücke angepasst werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass sie ein Rückschlagventil umfasst, welches parallel zu der ersten Drossel angeordnet ist und zum Steuerventil hin sperrt. Aufbauend auf die oben beschriebene Grundform der Vorrichtung kann in dem ersten Betriebszustand das Rückschlagventil beim Befüllen des hydraulischen Speichers öffnen, so dass ergänzend zu der ersten Drossel Fluid mit vergleichsweise geringem Widerstand in den hydraulischen Speicher strömen kann. Damit kann das Befüllen schneller erfolgen. Der Durchflussquerschnitt der Drossel kann somit kleiner bemessen sein. Dies wirkt sich vorteilhaft in dem dritten Betriebszustand beim Ansteuern der Ventil-Hauptstufe aus, in dem dann der Fluiddruck an dem Steueranschluss der Ventil-Hauptstufe vergleichsweise schnell und stark absinken kann. Dadurch kann ein gewünschter Ventilhub und/oder ein Schaltverhalten der Ventil-Hauptstufe vergrößert bzw. verbessert werden. Ebenso kann das Steuerventil kleiner bauen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung – wiederum aufbauend auf die beschriebene Grundform der Vorrichtung – sieht vor, dass sie eine zweite Drossel und ein Rückschlagventil umfasst, welche zueinander in Serie und insgesamt parallel zu der Ventil-Hauptstufe angeordnet sind, wobei das Rückschlagventil zum systemseitigen Anschluss hin sperrt. Entsprechend kann das Rückschlagventil öffnen, wenn der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss größer ist als der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss.
Auf diese Weise kann – bei einem entsprechenden Druckunterschied – der hydraulische Speicher über die zweite Drossel fortwährend befüllt werden, wobei die Stärke des Fluidstroms im Wesentlichen durch den Durchflussquerschnitt der zweiten Drossel bestimmt wird. In dem zweiten und dritten Betriebszustand der Vorrichtung sperrt das Rückschlagventil zum systemseitigen Anschluss hin, und das Entleeren des hydraulischen Speichers kann, wie oben beschrieben, kontrolliert über die Ventil-Hauptstufe erfolgen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass zum Befüllen des hydraulischen Speichers keine Ansteuerung erforderlich ist und keine elektrische Energie verbraucht wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass sie eine zweite Drossel und ein Rückschlagventil umfasst, welche zueinander parallel und insgesamt zwischen einerseits dem Steuerventil und der Ventil-Hauptstufe und andererseits dem systemseitigen Anschluss angeordnet sind. Dabei ist das Rückschlagventil so angeordnet, dass es in Richtung des speicherseitigen Anschlusses sperrt. Das Befüllen des hydraulischen Speichers erfolgt ähnlich zu der oben beschriebenen Grundform der Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass der Fluidstrom zusätzlich über die zweite Drossel gedrosselt wird. Beim Entleeren des hydraulischen Speichers öffnet das Rückschlagventil, und der Fluidstrom kann im Wesentlichen ungehindert über den systemseitigen Anschluss zu dem übrigen Hydrauliksystem fließen.
Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass zwischen dem Steuerventil und dem systemseitigen Anschluss ein Filter angeordnet ist. Damit können eventuelle in dem Fluid befindliche Schmutzpartikel gefiltert werden, bevor sie das Steuerventil erreichen können. Dadurch können die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter gesteigert werden. Weiterhin wird durch diese Anordnung des Filters die Funktion der Vorrichtung besonders wenig beeinträchtigt. Das Filter kann beispielsweise als so genanntes ”Ringfilter” ausgebildet und im Bereich des Steuerventils platzsparend angeordnet sein.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Öffnungsquerschnitt des Steuerventils größer ist als ein Durchflussquerschnitt der ersten Drossel. Damit wird erreicht, dass zum Entleeren des hydraulischen Speichers die Ansteuerung der Ventil-Hauptstufe durch das geöffnete Steuerventil definiert erfolgen kann. Beispielsweise kann die Ventil-Hauptstufe öffnen, wenn eine durch den hydraulischen Druck am Steueranschluss auf den Ventilkörper der Ventil-Hauptstufe wirkende Kraft zuzüglich der Kraft der Feder kleiner ist, als eine in der Gegenrichtung durch den hydraulischen Druck an dem speicherseitigen Anschluss verursachte Kraft. Dabei hängt der Druck am Steueranschluss ab von dem Verhältnis der über das geöffnete Steuerventil in Richtung des systemseitigen Anschlusses abfließenden Fluidmenge zu der von dem speicherseitigen Anschluss über die erste Drossel zufließenden Fluidmenge.
Die Vorrichtung baut einfacher, wenn die erste Drossel ein Kanal in dem Ventilkörper der Ventil-Hauptstufe ist, wobei der Kanal beim Aufsitzen des Ventilkörpers auf einem Dichtsitz offen bleibt. Der Kanal ist vorzugsweise als axiale Bohrung in dem Ventilkörper beziehungsweise in dem den Ventilkörper bildenden Kolben ausgeführt. Dadurch können Bauraum gespart und Kosten gesenkt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ventil-Hauptstufe einen Ventilkörper mit einem konischen Dichtabschnitt aufweist. Dadurch kann eine Flächenpressung auf dem Dichtabschnitt vermindert und die Dauerfestigkeit der Ventil-Hauptstufe somit erhöht werden.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Ventil-Hauptstufe einen Ventilkörper mit einem kugeligen Dichtabschnitt aufweist. Dadurch kann die Dichtheit der Ventil-Hauptstufe in Schließstellung vorteilhaft verbessert werden. Vorzugsweise ist der zugehörige Ventilsitz konisch ausgeführt, so dass die Ventil-Hauptstufe insgesamt nach einem Kugel-Kegel-Prinzip ausgeführt ist. Damit kann die Dichtwirkung der Ventil-Hauptstufe verbessert, und Leckagen können vermindert werden.
Die Ventil-Hauptstufe baut einfacher, wenn der Ventilkörper einstückig mit einem Führungsabschnitt, mit dem dieser in einem Ventilgehäuse geführt ist, ausgebildet ist. Dadurch können die Zahl der Einzelelemente der Ventil-Hauptstufe vermindert und Kosten gesenkt werden.
Alternativ ist vorgesehen, dass der Ventilkörper und ein Führungsabschnitt, mit dem dieser in einem Ventilgehäuse geführt ist, separate Teile sind. Dadurch werden die Aufgaben ”Führen” und ”Dichten” vorteilhaft auf verschiedene Teile der Ventil-Hauptstufe aufgeteilt. Diese können somit separat optimiert werden, so dass die Funktion der Ventil-Hauptstufe verbessert werden kann.
Ergänzend ist vorgesehen, dass zwischen Führungsabschnitt und Ventilkörper eine Feder verspannt ist. Dadurch können die beweglichen Elemente der Ventil-Hauptstufe jederzeit in eine definierte Position gebracht werden. Außerdem kann mittels der Feder ein Toleranzausgleich zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper auch in radialer Richtung erfolgen, ohne dass dafür zusätzliche Elemente benötigt werden. Vorzugsweise ist die Feder eine Druckfeder.
Die Ventil-Hauptstufe wird weiter verbessert, wenn zwischen Führungsabschnitt und Ventilkörper eine Dämpfungsfeder oder ein Element mit entsprechenden dämpfenden Werkstoffeigenschaften (Dämpfungsstück) angeordnet ist. Damit kann auf einfache Weise eine axial wirkende Dämpfung vorgesehen werden, wodurch die Funktion der Ventil-Hauptstufe verbessert, das Betriebsgeräusch gesenkt, und die Dauerfestigkeit erhöht werden kann.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ventil-Hauptstufe als druckausgeglichenes Schieberventil ausgeführt ist. Dadurch können in axialer Richtung auf den Kolben beziehungsweise auf den Ventilkörper einwirkende hydraulische Kräfte im Wesentlichen vermieden werden, und die Funktion der Ventil-Hauptstufe dadurch verbessert werden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper ein Anschlagelement angeordnet ist. Damit kann ein definierter Mindestabstand zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper eingestellt werden.
Eine nochmals weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper ein axial wirkendes Dämpfungselement angeordnet ist, welches außerdem einen axialen Abstand zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper begrenzen kann. Damit kann vorteilhaft zugleich ein Mindestabstand zwischen dem Führungsabschnitt und dem Ventilkörper eingestellt werden, und außerdem ein harter Anschlag des Ventilkörpers auf dem Führungsabschnitt vermieden werden.
Eine nochmals weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Öffnungsquerschnitt des Steuerventils kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt der Ventil-Hauptstufe. Damit kann ein Fluidstrom bei einem – über das Steuerventil – kontrollierten Befüllen des hydraulischen Speichers kleiner eingestellt werden, als ein Fluidstrom beim Entleeren des hydraulischen Speichers.
Eine nochmals weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Werkstoff eines Gleitlagers, in welchem der Führungsabschnitt gleiten kann, in etwa einen gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Werkstoff des Führungsabschnitts aufweist. Dadurch kann die Ventil-Hauptstufe besonders präzise schalten, und es werden zudem eventuelle Leckageverluste minimiert.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Hydrauliksystem eines Automatikgetriebes mit einem hydraulischen Speicher;
2 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Steuerung des hydraulischen Speichers;
3A eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung;
3B eine auf die 3A aufbauende weitere Ausführungsform;
4 eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung;
5 eine vierte Ausführungsform der Vorrichtung;
6 ein erstes Schema der Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
7 ein zweites Schema der Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
8 ein vereinfachtes Schema einer Ventil-Hauptstufe in einer Schnittdarstellung;
9 eine Ausführungsform der Vorrichtung und des hydraulischen Speichers in einer Schnittdarstellung;
10 ein erstes Schema eines Kolbens und einer Ventilkugel;
11 ein zweites Schema eines Kolbens und einer Ventilkugel;
12 ein drittes Schema eines Kolbens und einer Ventilkugel;
13 ein viertes Schema eines Kolbens und einer Ventilkugel;
14 ein Funktionsschema des Kolbens und der Ventilkugel in einem ersten Zustand;
15 das Funktionsschema der 14 in einem zweiten Zustand;
16 das Funktionsschema der 14 in einem dritten Zustand;
17 eine zu der 9 alternative Ausführungsform der Vorrichtung. in einer Schnittdarstellung;
18 ein erstes Zeitdiagramm zum Betrieb der Vorrichtung;
19 ein zweites Zeitdiagramm zum Betrieb der Vorrichtung;
20 ein drittes Zeitdiagramm zum Betrieb der Vorrichtung; und
21 ein Schema einer kombinierten Anordnung eines Rückschlagventils und einer Drossel in einer Schnittdarstellung.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei vielen der erläuterten abgewandelten Ausführungsformen wird bei der Beschreibung der Funktion als auch der Vorrichtung nur noch auf die wesentlichen Unterschiede zu der vorhergehenden Ausführungsform oder den vorhergehenden Ausführungsformen eingegangen.
1 zeigt ein vereinfachtes Schema einer Anordnung eines hydraulischen Speichers 10 in einem Hydrauliksystem 12 eines Automatikgetriebes 14 eines hier nicht näher erläuterten Kraftfahrzeugs. Der hydraulische Speicher 10, der vorliegend ein Druckspeicher 10 ist, ist mittels einer Vorrichtung 20, die weiter unten noch genauer erläutert werden wird, und über eine hydraulische Verbindung 18 an das übrige Hydrauliksystem 16 angeschlossen. Die Vorrichtung 20 umfasst eine Ventileinrichtung 26 und kann von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 21 des Kraftfahrzeugs mittels einer Endstufe 22 elektromagnetisch betätigt werden. Dies ist durch einen Pfeil 24 symbolisch dargestellt. Die Vorrichtung 20 weist einen systemseitigen Anschluss A und einen speicherseitigen Anschluss B zum Austausch von Fluid auf. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 21 kann beispielsweise ein Motorsteuergerät, ein Getriebesteuergerät oder ein sonstiges Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein.
Ferner sind in dem hier beispielhaft angeführten Hydrauliksystem 12 eine Hydraulikpumpe 28, ein Hydraulikfilter 30 und ein Regler 32 zur Regelung des Systemdrucks angeordnet. Die Hydraulikpumpe 28 wird aus einem Reservoir 34 gespeist, welches mit einem Ausgang des Reglers 32 verbunden ist. Ein Anschluss 36 verbindet die beschriebene Anordnung mit dem Automatikgetriebe 14, welches in der Zeichnung der 1 stellvertretend durch eine hydraulische Steuerung 38 und davon umfasste Ventile 40, Kupplungen 42 und Bremsen 44 dargestellt ist.
Man erkennt, dass das Hydrauliksystem 12 ein geschlossenes System ist.
Entsprechend kann es erforderlich sein, eine Menge und einen Druck des darin befindlichen Fluids innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Insbesondere beim hier beispielhaft vorliegenden automatischen Getriebe eines Kraftfahrzeugs, welches in einem Start-Stopp-Betrieb betrieben werden kann, können die Menge und der Druck des Fluids sich besonders stark und schnell verändern. Der Druckspeicher 10 dient vor allem dazu, Hydraulikdruck und eine gewisse Fluidmenge zu speichern und bereitzustellen, wenn die Hydraulikpumpe 28 ausgeschaltet war.
Die Vorrichtung 20 und der hydraulische Speicher 10 sind dazu ausgebildet, abhängig von einer Betriebsart des Kraftfahrzeugs einen Austausch von Fluid zwischen dem hydraulischen Speicher 10 und dem übrigen Hydrauliksystem 16 zu ermöglichen. In einem normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs arbeitet die Hydraulikpumpe 28 und ermöglicht es, den hydraulischen Speicher 10 mit Fluid zu füllen. In einem Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs arbeitet die Hydraulikpumpe 28 jedoch nicht. Daher kann es – beispielsweise als Folge von Leckagen – zu Druckverlusten in dem Hydrauliksystem 12 kommen.
Kurz vor und/oder während einer auf den Stopp-Betrieb folgenden Startphase der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs kann aus dem hydraulischen Speicher 10 mittels der Vorrichtung 20 Fluid in das übrige Hydrauliksystem 16 eingebracht werden. Dies kann vergleichsweise schnell und mit geringem Energieaufwand erfolgen. Wenn anschließend durch die Wirkung der Hydraulikpumpe 28 ein erforderlicher Betriebsdruck im Hydrauliksystem 12 erreicht wurde, kann umgekehrt der hydraulische Speicher 10 aus dem übrigen Hydrauliksystem 16 wieder befüllt werden. Dies kann vergleichsweise langsam erfolgen. Der hydraulische Speicher 10 der 1 kann als Feder-Kolben-Speicher, als Gas-Kolben-Speicher, oder als Gas-Membran-Speicher mit Sperrschicht ausgeführt sein.
Die 2 zeigt die Vorrichtung 20 zur Steuerung des hydraulischen Speichers 10 des Hydrauliksystems 12 in einer ersten grundlegenden Ausführungsform. Vorliegend umfasst die Vorrichtung 20 ein 2/2-Steuerventil 52 (”Vorsteuerventil”), welches mittels eines Elektromagneten 54 betätigbar ist, sowie eine Ventil-Hauptstufe 56 mit einem ersten hydraulischen Steueranschluss X, der mit einem Anschluss des Steuerventils 52 hydraulisch verbunden ist. Das Steuerventil 52 und die Ventil-Hauptstufe 56 ergeben zusammen die Ventileinrichtung 26. Der speicherseitige Anschluss B der Vorrichtung 20 ist einerseits mit dem hydraulischen Speicher 10 und andererseits mit dem ersten Steueranschluss X, der in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe 56 wirkt, und einem zweiten hydraulischen Steueranschluss Y der Ventil-Hauptstufe 56, der in Öffnungsrichtung wirkt, verbunden, und der systemseitige Anschluss A der Vorrichtung 20 ist einerseits mit dem übrigen Hydrauliksystem 16 und andererseits mit dem Steuerventil 52 und der Ventil-Hauptstufe 56 hydraulisch verbunden. Weiterhin ist zwischen dem Steuerventil 52 bzw. dem Steueranschluss X der Ventil-Hauptstufe 56 und dem speicherseitigen Anschluss B eine erste Drossel 60 angeordnet.
In einem ersten Betriebszustand der Vorrichtung 20 ist ein hydraulischer Druck am systemseitigen Anschluss A größer als ein hydraulischer Druck am speicherseitigen Anschluss B. Der Elektromagnet 54 ist nicht bestromt, das Steuerventil 52 ist also geschlossen. An den Steueranschlüssen X und Y herrscht der gleiche relativ niedrige Druck. Dies kann beispielsweise einem normalen Anfangs-Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entsprechen, solange der hydraulische Speicher 10 noch nicht oder nur teilweise mit Fluid befüllt ist. Die Ventil-Hauptstufe 56 ist durch die Wirkung einer Ventilfeder 58 gesperrt.
Wird nun der Elektromagnet 54 bestromt, so kann das Steuerventil 52 öffnen, so das Fluid von dem systemseitigen Anschluss A über das geöffnete Steuerventil 52 und die erste Drossel 60 zu dem speicherseitigen Anschluss B strömen kann.
Dadurch wird der hydraulische Speicher 10 solange befüllt, bis der Druck am systemseitigen Anschluss A ungefähr gleich dem Druck am speicherseitigen Anschluss B ist, oder bis der Elektromagnet 54 abgeschaltet und damit das Steuerventil 52 geschlossen wird. Das Befüllen wird also durch das Steuerventil 52 kontrolliert, wobei die Ventil-Hauptstufe 56 weiterhin gesperrt bleibt.
In einem zweiten Betriebszustand der Vorrichtung 20 kann der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss A größer, gleich oder kleiner als der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss B sein. Dies kann beispielsweise einem normalen Fahrbetrieb oder einer Stopp-Phase des Kraftfahrzeugs entsprechen. Der Elektromagnet 54 ist unbestromt, das Steuerventil 52 also geschlossen. Die Ventil-Hauptstufe 56 wird am zweiten Steueranschluss Y durch den Druck am speicherseitigen Anschluss B in Öffnungsrichtung beaufschlagt, und durch den gleichen Druck über die erste Drossel 60 an dem Steueranschluss X in Schließrichtung beaufschlagt. Zusätzlich wirkt die Kraft der Ventilfeder 58 auf die Ventil-Hauptstufe 56 in Schhließrichtung ein, welches daher weiterhin gesperrt bleibt. Die in dem hydraulischen Speicher 10 gespeicherte Fluidmenge wird also für einen eventuell nachfolgenden Entleervorgang bereit gehalten.
In einem dritten Betriebszustand der Vorrichtung 20 ist der hydraulische Speicher 10 zumindest teilweise befüllt, und der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss B ist größer als der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss A. Dies kann beispielsweise der Stopp-Phase des Kraftfahrzeugs entsprechen, in welcher die Hydraulikpumpe 28 nicht arbeitet und als Folge von Leckagen der Druck in dem übrigen Hydrauliksystem 16 vergleichsweise niedrig sein kann.
Soll in diesem Zustand eine Start-Phase der Brennkraftmaschine erfolgen, so wird kurz vor und/oder während des Starts der Elektromagnet 54 bestromt, so dass das Steuerventil 52 öffnet. Durch die Verbindung des systemseitigen Anschlusses A mit dem ersten Steueranschluss X sinkt an Letzterem der Druck, so dass die Ventil-Hauptstufe 56 durch den am zweiten Steueranschluss Y herrschenden höheren Druck (entsprechend dem am steuerseitigen Anschluss B herrschenden Druck) geöffnet wird.
Der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 52 ist größer bemessen, als der Durchflussquerschnitt der ersten Drossel 60, damit in Bezug auf den Steueranschluss X mehr Fluid abfließen als zufließen kann, und somit der Druck am ersten Steueranschluss X niedrig bleibt. Dadurch öffnet die Ventil-Hauptstufe 56, so dass Fluid vom speicherseitigen Anschluss B über die Ventil-Hauptstufe 56 zu dem systemseitigen Anschluss A fließen kann.
Nachfolgend wird der hydraulische Speicher 10 vergleichsweise schnell und wenigstens teilweise entleert, worauf der Druck in dem übrigen Hydrauliksystem 16 entsprechend ansteigt. Dadurch wird erreicht, dass nach dem Start der Brennkraftmaschine der erforderliche hydraulische Druck zum Betrieb des übrigen Hydrauliksystems 16 vorhanden ist. Das Entleeren des hydraulischen Speichers 10 endet, wenn ein Druckausgleich zwischen dem speicherseitigen Anschluss B und dem systemseitigen Anschluss A erfolgt ist, oder wenn der Elektromagnet 54 abgeschaltet wird.
Dieser Vorgang kann durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden: F_F + F_X + F_A + F_B < 0; wobei

F_F: = Kraft der Ventilfeder 58;
F_A = p_A·A_A: = hydraulische Druckkraft an der Ventil-Hauptstufe 56 am systemseitigen Anschluss A;
F_B = p_B·A_B: = hydraulische Druckkraft an der Ventil-Hauptstufe 56 am speicherseitigen Anschluss B bzw. am zweiten Steueranschluss Y der Ventil-Hauptstufe 56;
F_X = p_X·A_X: = hydraulische Druckkraft an der Ventil-Hauptstufe 56 am ersten Steueranschluss X der Ventil-Hauptstufe 56;

56

Es versteht sich, dass die in der 2 beschriebene Anwendung in einem Kraftfahrzeug nur beispielhaft ist, und die Vorrichtung 20 auch in sonstigen – stationären oder mobilen – Hydrauliksystemen 12, in denen ein Austausch von Fluid in einem hydraulischen Speicher 10 gesteuert werden soll, verwendet werden kann.
3A zeigt aufbauend auf der Darstellung von 2 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20, bei der ein Rückschlagventil 62 parallel zu der ersten Drossel 60 angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil 62 zum Steuerventil 52 hin sperrt. Ergänzend ist in der hydraulischen Verbindung zwischen dem systemseitigen Anschluss A und dem Steuerventil 52 ein Filter 64 angeordnet.
Man erkennt, dass in dem ersten Betriebszustand beim Befüllen des hydraulischen Speichers 10 das Rückschlagventil 62 öffnen kann, so dass ergänzend zu der ersten Drossel 60 Fluid in den hydraulischen Speicher 10 mit geringem Strömungswiderstand strömt. Dadurch ist es möglich, die erste Drossel 60, im Vergleich zu der Vorrichtung 20 nach der 2, mit einem kleineren Durchflussquerschnitt auszuführen. Das Befüllen kann dank des Rückschlagventils 62 vergleichsweise schnell erfolgen, und wird – abhängig von dem hydraulischen Druckunterschied – im Wesentlichen von dem Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 52 begrenzt.
Wenn in dem dritten Betriebszustand der hydraulische Speicher 10 wenigstens teilweise entleert wird, um das übrige Hydrauliksystem 16 zusätzlich mit Fluid zu füllen, so ergibt sich ein ähnliches Verhalten der Vorrichtung 20, wie oben beschrieben. Das Rückschlagventil 62 ist gesperrt. Für die Vorrichtung 20 der 3A ist es ebenso erforderlich, dass der Öffnungsquerschnitt des Steuerventils 52 größer bemessen ist, als der Durchflussquerschnitt der ersten Drossel 60, damit in Bezug auf den Steueranschluss X mehr Fluid abfließen als zufließen kann. Dadurch bleibt der Druck in dem Steuerbereich derart niedrig, dass die Ventil-Hauptstufe 56 öffnen kann. Die Drossel 60 kann vergleichsweise klein ausgeführt sein.
Damit ergeben sich für die Vorrichtung 20 der 3A zusätzliche vorteilhafte Eigenschaften oder konstruktive Freiheitsgrade in Bezug auf die 2. Zum einen kann das Befüllen des hydraulischen Speichers 10 beim Öffnen des Rückschlagventils 62 schneller erfolgen. Zum andern kann in dem dritten Betriebszustand beim Entleeren des hydraulischen Speichers 10 wegen des kleineren Durchflussquerschnitts der ersten Drossel 60 der Fluiddruck an dem Steueranschluss X beziehungsweise in dem Steuerbereich der Ventil-Hauptstufe 56 vergleichsweise niedrig sein. Dadurch kann ein gewünschter Ventilhub und/oder ein Schaltverhalten der Ventil-Hauptstufe 56 vergrößert bzw. verbessert werden. Ebenso kann das Steuerventil 52 kleiner bauen, und die Dimensionierung der Ventil-Hauptstufe 56 kann fertigungsgerecht ausgelegt werden.
Ergänzend können das Rückschlagventil 62 und die Drossel 60 als ein gemeinsames Element ausgeführt sein, beispielsweise mittels einer axialen Bohrung oder Nut in einem Ventilkörper beziehungsweise in einem Ventilsitz des Rückschlagventils 62.
3B zeigt eine auf die 3A aufbauende Ausführungsform der Vorrichtung 20. In Ergänzung zu der 3A weist die Vorrichtung 20 der 3B in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Steuerventil 52 und dem Filter 64 ein zusätzliches Rückschlagventil 63 und eine zu dem zusätzlichen Rückschlagventil 63 parallel geschaltete Drossel 65 auf. Das Rückschlagventil 63 kann zu dem systemseitigen Anschluss A hin sperren. Damit ergeben sich weitergehende Möglichkeiten, um die zwischen dem systemseitigen Anschluss A und dem Steueranschluss X der Ventil-Hauptstufe 56 sich in einem jeweiligen Betriebzustand ergebenden Volumenströme oder Druckdifferenzen zu beeinflussen oder einzustellen.
4 zeigt, wiederum aufbauend auf der Darstellung von 2, eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20, bei der zwischen dem systemseitigen Anschluss A und dem speicherseitigen Anschluss B eine zu der Ventil Hauptstufe 56 parallele hydraulische Verbindung angeordnet ist, welche eine zweite Drossel 66 und ein dazu in Serie angeordnetes Rückschlagventil 68, das zum systemseitigen Anschluss A hin sperrt, umfasst.
Man erkennt, dass dann, wenn der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss A größer ist als der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss B, das Rückschlagventil 68 öffnen kann. Auf diese Weise kann – bei einem entsprechenden Druckunterschied – der hydraulische Speicher 10 über die zweite Drossel 66 fortwährend und unabhängig von der Stellung des Steuerventils 54 befüllt werden, wobei die Stärke des Fluidstroms durch den Durchflussquerschnitt der zweiten Drossel 66 begrenzt wird. Ein Betätigen des Steuerventils 52 ist dafür also nicht erforderlich.
In dem dritten Betriebszustand der Vorrichtung 20 ist das Rückschlagventil 68 gesperrt, und das Entleeren des hydraulischen Speichers 10 erfolgt wie oben in der 2 beschrieben.
5 zeigt, wiederum aufbauend auf der Darstellung von 2, eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20, bei der in Serie zu dem systemseitigen Anschluss A eine Parallelschaltung der zweiten Drossel 66 und des Rückschlagventils 68 angeordnet ist, wobei das Rückschlagventil 68 zum speicherseitigen Anschluss B hin sperrt.
Aus Gründen der einheitlichen Darstellung wird in der 5 der systemseitige Anschluss A weiterhin an der hydraulischen Verbindung von dem Steuerventil 52 und der Ventil-Hauptstufe 56 definiert, und es wird in der Zeichnung der 5 zusätzlich eine Schnittstelle A1 unterhalb der zweiten Drossel 66 und des Rückschlagventils 68 in Richtung des übrigen Hydrauliksystems 16 definiert.
Vorliegend umfasst die Vorrichtung 20 also auch die Schnittstelle A1.
In dem ersten Betriebszustand der Vorrichtung 20 erfolgt das Befüllen des hydraulischen Speichers 10 ähnlich zu der Darstellung von 2, mit dem Unterschied, dass der Fluidstrom zusätzlich über die zweite Drossel 66 gedrosselt wird. In dem dritten Betriebszustand der Vorrichtung 20 erfolgt das Entleeren des hydraulischen Speichers 10 wiederum ähnlich zu der 2, wobei das Rückschlagventil 68 öffnet und der Fluidstrom zum systemseitigen Anschluss A ungehindert fließen kann.
Die 6 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 20 zusammen mit dem hydraulischen Speicher 10 in einer vereinfachten Schnittdarstellung. Im oberen Bereich der Zeichnung ist der hydraulische Speicher 10 teilweise dargestellt, der über den systemseitigen Anschluss A im rechten Bereich der Zeichnung Fluid mit dem übrigen Hydrauliksystem 16 austauschen kann. Der hydraulische Speicher 10 ist allseitig geschlossen und weist nur den speicherseitigen Anschluss B auf.
Im unteren Bereich der Zeichnung ist ein Gehäuse 70 dargestellt, das wesentliche Elemente der Vorrichtung 20 umfasst. Ein Ventilkörper 72, der mit einem Kolben 74 über eine Kolbenstange 76 starr gekoppelt ist, ist in der 6 in einer fluiddichten Führung 78 vertikal verschiebbar. Rechts unten in der Zeichnung ist das von dem Elektromagneten 54 betätigbare Steuerventil 52 angeordnet, das eine hydraulische Verbindung 80 zwischen dem systemseitigen Anschluss A und einem zum Steueranschluss X gehörenden Steuerbereich 82 der Ventil-Hauptstufe 56 sperren oder öffnen kann. In unbestromten Zustand ist das Steuerventil 52 durch die Kraft einer Schraubenfeder (ohne Bezugszeichen) gesperrt. Die erste Drossel 60 ist im linken Bereich der Zeichnung von 6 in einer weiteren hydraulischen Verbindung 84 zwischen dem hydraulischen Speicher 10 und dem Steuerbereich 82 angeordnet.
In der Zeichnung weist der Ventilkörper 72 eine obere Endlage auf, in der er eine den speicherseitigen Anschluss B bildende Öffnung des hydraulischen Speichers 10 mittels eines ringförmigen Dichtelements 86 verschließt. Die Ventilfeder 58 ist zwischen dem Kolben 74 und einem in der Zeichnung unteren Abschnitt des Gehäuses 70 so angeordnet, dass sie den Kolben 74 in der Zeichnung nach oben in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe 56 beaufschlagt. Ein Fluidkanal 88 verbindet einen in der Zeichnung oberen Druckraum 90 des Kolbens 74 mit dem systemseitigen Anschluss A und ermöglicht einen entsprechenden Druckausgleich.
In dem ersten Betriebszustand der Vorrichtung 20 ist ein hydraulischer Druck am systemseitigen Anschluss A größer als ein hydraulischer Druck am speicherseitigen Anschluss B. Wird der Elektromagnet 54 mittels zweier Anschlussleitungen 92 bestromt, dann öffnet das Steuerventil 52 die hydraulische Verbindung 80, so dass Fluid von dem systemseitigen Anschluss A zum Steueranschluss X bzw. den Steuerbereich 82, und von dort aus über die weitere hydraulische Verbindung 84 und die erste Drossel 60 in den hydraulischen Speicher 10 fließen kann. Dadurch wird der hydraulische Speicher 10 befüllt, solange der Elektromagnet 54 bestromt wird. Nach dem Ende der Bestromung sperrt das Steuerventil 52, worauf der Druck in dem Steuerbereich 82 in etwa den Druck des in dem hydraulischen Speicher 10 befindlichen Fluids annehmen kann.
In dem zweiten Betriebszustand der Vorrichtung 20 wird das in dem hydraulischen Speicher 10 gespeicherte Fluid für eine eventuell nachfolgende Entleerung bereit gehalten, wobei der Elektromagnet 54 nicht bestromt wird.
In dem dritten Betriebszustand der Vorrichtung 20 ist der hydraulische Speicher 10 zumindest teilweise befüllt, und der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss B ist größer als der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss A. Wird der Elektromagnet 54 bestromt, so kann aus dem Steuerbereich 82 Fluid über die hydraulische Verbindung 80 zu dem systemseitigen Anschluss A fließen. Nachfolgend sinkt der Druck in dem Steuerbereich 82 ab, so dass die in der Zeichnung nach oben wirkende hydraulische Kraft in dem Steuerbereich 82 kleiner ist, als die in der Zeichnung nach unten wirkende hydraulische Kraft auf den Ventilkörper 72 an dem speicherseitigen Anschluss B. Daraufhin öffnet die Ventil-Hauptstufe 56, worauf Fluid aus dem hydraulischen Speicher 10 zum systemseitigen Anschluss A fließen kann, so dass der hydraulische Druck in dem übrigen Hydrauliksystem 16 ansteigen kann.
Es ist denkbar, die Vorrichtung 20 der 6, beispielsweise entsprechend dem Schema der 4, durch eine zweite Drossel 66 und ein Rückschlagventil 68 zu ergänzen, und somit – bei entsprechenden Druckverhältnissen – ein fortwährendes ”passives” Befüllen des hydraulischen Speichers 10 zu ermöglichen. Dies ist in der 6 jedoch nicht gezeigt.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20 als ”vorgesteuertes” Schieberventil 95. Im Unterschied zu der 6 ist der Kolben 74 als so genannter ”Schieberkolben” ausgeführt, wobei die hydraulische Verbindung 84 in einem axialen Kanal 93 des Kolbens 74 ausgeführt ist, in welcher ebenso die Drossel 60 angeordnet ist.
Der Kolben 74 ist in der Zeichnung der 7 horizontal verschiebbar und weist eine Ringnut 94 auf, mittels welcher die Ventil-Hauptstufe 56 eine hydraulische Verbindung zwischen dem systemseitigen Anschluss A und dem speicherseitigen Anschluss B herstellen kann. Die Ringnut 94 ist beidseitig mittels in Ringnuten (ohne Bezugszeichen) in der äußeren Mantelfläche des Kolbens 74 angeordneter ringförmiger Dichtelemente 86 abgedichtet. In der Zeichnung ist der Kolben 74 – unterstützt von der Ventilfeder 58 – an einem stirnseitigen ringförmigen Anschlag 96 angeschlagen. Der Anschlag 96 umschließt einen den zweiten Steueranschluss Y bildenden Fluidraum 98, der über eine hydraulische Verbindung 100 mit dem speicherseitigen Anschluss B verbunden ist.
In dem zweiten Betriebszustand der Vorrichtung 20, in dem der hydraulische Druck am systemseitigen Anschluss A größer ist als der hydraulische Druck am speicherseitigen Anschluss B, ist der Kolben 74 am Anschlag 96 angeschlagen und die Ventil-Hauptstufe 56 gesperrt. Das Steuerventil 52 ist durch die Kraft einer (nicht dargestellten) Schraubenfeder gesperrt.
Wird der Elektromagnet 54 im ersten Betriebszustand bestromt, so öffnet das Steuerventil 52, so dass Fluid ähnlich zu der 6 vom systemseitigen Anschluss A über die hydraulische Verbindung 80, den Steuerbereich 82, die Drossel 60, die hydraulische Verbindung 84, den Fluidraum 98 und die hydraulische Verbindung 100 zum speicherseitigen Anschluss B fließen kann, so dass der Speicher gefüllt wird.
In dem dritten Betriebszustand der Vorrichtung 20 wird der Elektromagnet 54 wiederum bestromt. Daraufhin kann der Druck in dem Steuerbereich 82 sinken, so dass der Kolben 74, wegen des am speicherseitigen Anschluss B (bzw. dem zweiten Steueranschluss Y) höheren Drucks in Bezug auf den systemseitigen Anschluss A (bzw. den ersten Steueranschluss X), gegen die Kraft der Ventilfeder 58 in der Zeichnung nach links verschoben werden kann. Dabei wird durch die Ringnut 94 eine hydraulische Verbindung zwischen dem speicherseitigen Anschluss B und dem systemseitigen Anschluss A hergestellt.
Die Ventil-Hauptstufe 56 ist also mit vergleichsweise großem Querschnitt solange geöffnet, bis ein Druckausgleich zwischen dem hydraulischen Speicher 10 (nicht gezeigt) und dem übrigen Hydrauliksystem 16 (ebenfalls nicht gezeigt) erfolgt, oder bis der Elektromagnet 54 abgeschaltet wird.
Ebenfalls wie in der 6 ist es denkbar, die Vorrichtung 20 durch eine zweite Drossel 66 und ein Rückschlagventil 68 zu ergänzen, und somit – bei entsprechenden Druckverhältnissen – ein fortwährendes ”passives” Befüllen des hydraulischen Speichers 10 zu ermöglichen. Dies ist in der 7 jedoch nicht gezeigt.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventil-Hauptstufe 56 in einer stark vereinfachten Schnittdarstellung. Vorliegend ist die Ventil-Hauptstufe 56 im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 101 ausgeführt.
Dargestellt sind mehrere Abschnitte des Gehäuses 70, welche unter anderem den Kolben 74, die Ventilfeder 58 und den Steuerbereich 82 umschließen.
Der Kolben 74 ist in der Zeichnung der 8 vertikal verschiebbar. Ein in 8 oberer Endabschnitt des Kolbens 74 bildet den Ventilkörper 72, welcher in der 8 konisch ausgeführt ist. Vorliegend befindet sich der Kolben 74 in einer in der Zeichnung obersten Stellung, so dass der Ventilkörper 72 gegen einen Ventilsitz 102 gedrückt wird. Dadurch ist der systemseitige Anschluss A von dem speicherseitigen Anschluss B hydraulisch getrennt und die Ventil-Hauptstufe 56 somit gesperrt.
In einem in der Zeichnung unteren Bereich befindet sich der Steuerbereich 82, welcher über den Steueranschluss X Fluid austauschen kann. Bei einem am speicherseitigen Anschluss B höheren Druck in Bezug auf den systemseitigen Anschluss A bleibt die Ventil-Hauptstufe 56 zunächst gesperrt, da mittels der Drossel 60, welche vorliegend als axialer Kanal 93 in dem Kolben 74 ausgeführt ist, ein Druckausgleich auf beiden Seiten des Kolbens 74 stattfinden kann, solange über den Steueranschluss X kein Austausch von Fluid erfolgt, und der Kolben 74 durch die Kraft der Ventilfeder 58 in Richtung der Schließstellung nach oben gedrückt wird.
Die Funktionsweise der Ventil-Hauptstufe 56 zusammen mit dem – in der Zeichnung der 8 nicht dargestellten – Steuerventil 52 entspricht im Wesentlichen den 6 und 7, wie es oben bereits beschrieben wurde.
9 zeigt eine von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 21 des Kraftfahrzeugs elektrisch betätigbare Vorrichtung 20, welche den Zugang zu dem hydraulischen Speicher 10 steuert, in einer Schnittansicht. Der in der Zeichnung nicht dargestellte obere Teil des hydraulischen Speichers 10 ist druckfest geschlossen. Die hydraulische Anordnung der darin angeordneten Elemente sowie die Funktionsweise entsprechen im Wesentlichen der in der 2 dargestellten Vorrichtung 20.
Die Vorrichtung 20 umfasst das Gehäuse 70, in dem eine Anzahl von Elementen angeordnet ist. In einem in der Zeichnung unteren Bereich und von links nach rechts umfasst die Vorrichtung 20 unter anderem die folgenden Elemente: Einen Stecker 104, eine elektrische Kontaktierung 106, und den Elektromagneten 54, welcher das Steuerventil 52 betätigen kann. Das Steuerventil 52 umfasst eine in einem Anker 107 angeordnete Ventilkugel 108 und eine Dichtscheibe 110. Im rechten unteren Bereich der Zeichnung ist die Ventil-Hauptstufe 56 angeordnet. In einem Fluidraum 112 ist der Kolben 74 mittels eines Gleitlagers 113 in Richtung der Längsachse 101 verschiebbar angeordnet.
Im mittleren Bereich der Zeichnung von 9 ist links der systemseitige Anschluss A angeordnet, der mit dem Stecker 104 in einem Deckel 114 baulich integriert ist. Ein Kanal 116 verbindet den systemseitigen Anschluss A unter anderem mit der Ventil-Hauptstufe 56. Die hydraulische Verbindung 80 verbindet den Kanal 116 mit dem Steuerventil 52. Dazu sind im Gehäuse 70 zwei in Bezug auf die Längsachse 101 quer ausgeführte Bohrungen vorhanden, welche mittels Dichtkugeln 118 an äußeren Abschnitten des Gehäuses 70 fluiddicht verstemmt sind.
Ähnlich zu der 8 ist in der 9 die erste Drossel 60 als axialer Kanal 93 mittels einer Längsbohrung in dem Kolben 74 ausgeführt. Die Ventilfeder 58 ist in einem zylindrischen Hohlraum des Kolbens 74 angeordnet und drückt den Kolben 74 in der Zeichnung nach rechts gegen den konisch ausgebildeten Ventilsitz 102. Ein zugehöriger Dichtabschnitt 103 auf dem Kolben 74 weist eine in etwa halbkugelförmige Geometrie auf.
Ebenso drückt eine Ventilfeder (ohne Bezugszeichen) des Steuerventils 52 den Anker 107 zusammen mit der Ventilkugel 108 ohne Bestromung des Elektromagneten 54 in Richtung der Dichtscheibe 110, so dass das Steuerventil 52 schließen kann. Wird der Elektromagnet 54 bestromt, so wird der Anker 107 von einem Magnetkern 119 angezogen, so dass die Ventilkugel 108 von der Dichtscheibe 110 abgehoben wird, und somit das Steuerventil 52 öffnet.
Die Vorrichtung 20 der 9 weist im Wesentlichen drei Haupt-Leckagepfade auf. Erstens am Dichtsitz des Steuerventils 52, zweitens am Ventilsitz 102 der Ventil-Hauptstufe 56, und drittens über den zwischen dem Kolben 74 und dem Gleitlager 113 ausgebildeten ringförmigen Spalt. Der Spalt kann als eine Spaltdichtung ausgeführt sein, wobei ein radiales Spiel von beispielsweise +/–20 μm geeignet sein kann. Vorzugsweise haben der Kolben 74 bzw. das Gleitlager 113 ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und sind aus Stahl bzw. aus Sinterbronze hergestellt. Ergänzend weist der Kolben 74 in dem zylindrischen Hohlraum zur Aufnahme der Feder 58 einen Absatz auf, mit dem die Feder 58 geführt und zugleich vor einer Überlastung geschützt wird.
Die in der 9 dargestellte Vorrichtung 20 kann die bereits oben erwähnte Start-Stopp-Funktion der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs unterstützen, indem ein Fluidaustausch zwischen dem Hydrauliksystem 12 des Automatikgetriebes 14 und dem hydraulischen Speicher 10 kontrolliert durchgeführt werden kann.
10 zeigt in einer teilweisen Schnittansicht eine schematisierte Ausführungsform des Kolbens 74 der Ventil-Hauptstufe 56. Die dargestellten Elemente sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Längsachse 101 ausgeführt. Vorliegend umfasst der Kolben 74 einen Führungsabschnitt 120, welcher in dem Gleitlager 113 gleiten kann. In dem Führungsabschnitt 120 ist ein Anschlagelement 122 angeordnet, welches eine Anschlagfläche 124 aufweist, an der eine Ventilkugel 126 anschlagen kann. Die Ventilfeder 58 ist radial um das Anschlagelement 122 angeordnet.
Man erkennt, dass im Unterschied zu dem Kolben 74 der 9 die Funktionen ”Führen” und ”Dichten” auf getrennte Elemente, nämlich den Führungsabschnitt 120 und die Ventilkugel 126 aufgeteilt sind. Dadurch können Toleranzen ausgeglichen und die Funktion der Ventil-Hauptstufe 56 verbessert werden. Das Anschlagelement 122 kann das Betriebsgeräusch der Ventil-Hauptstufe 56 vermindern und bei passender Bemessung den Öffnungsquerschnitt der Ventil-Hauptstufe 56 begrenzen. Im Unterschied zu dem Kolben 74 der 9 weist die Anordnung nach der 10 jedoch keine Längsbohrung und damit keine integrierte erste Drossel 60 auf.
Die 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kolbens 74 in einer Schnittansicht. Der Führungsabschnitt 120, welcher in dem Gleitlager 113 in Richtung eines Pfeils 128 gleiten kann, ist vorliegend als zylindrische Hülse 120 ausgeführt. Die Hülse 120 weist in der Zeichnung links eine Öffnung auf, durch welche die Ventilfeder 58 austreten und sich beispielsweise an einem Abschnitt des Gehäuses 70 oder der Dichtscheibe 110 abstützen kann. Das Gleitlager 113 und sonstige in der Umgebung des Kolbens 74 angeordnete Elemente oder Gehäuseabschnitte sind in 11 nicht mit dargestellt.
Man erkennt, dass die Hülse 120 die Ventilkugel 126 nur in der Richtung des Pfeils 128 beaufschlagt, so dass die Ventilkugel 126 senkrecht zu dem Pfeil 128 ein Spiel aufweisen kann. Dadurch kann das Aufsitzen der Ventilkugel 126 an dem – in der 11 nicht gezeigten – Ventilsitz 102 verbessert werden.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kolbens 74 in einer Schnittansicht. Der Führungsabschnitt 120 ist wiederum als zylindrische Hülse 120 ausgeführt, die in der Zeichnung nach rechts zur Ventilkugel 126 hin öffnet, Die Ventilfeder 58 stützt sich an einem Innenbereich der Hülse 120 ab und kann unmittelbar auf die Ventilkugel 126 drücken. Die übrigen Eigenschaften des Kolbens 74 sind zu der 11 vergleichbar.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kolbens 74, aufbauend auf der 10. In Ergänzung zu der 10 ist in einer stirnseitigen Ausnehmung des Anschlagelements 122 eine Dämpfungsfeder 130 in Richtung der Ventilkugel 126 angeordnet. Dadurch kann die Funktion des Kolbens 74 beziehungsweise der Ventil-Hauptstufe 56 weiter verbessert werden.
14 zeigt den Kolben 74 der Ventil-Hauptstufe 56 in der Ausführungsform nach der 10 zusammen mit den den Kolben 74 umgebenden Elementen in einer teilweisen Schnittdarstellung.
Weil der Kolben 74 bzw. die Ventilkugel 126 keine Bohrung in Richtung der Längsachse 101 aufweist, weist die Anordnung nach 14 im linken oberen Bereich der Zeichnung eine hydraulische Verbindung 83 mit einem – in der 9 nicht dargestellten Rückschlagventil 134 auf, durch das ein Fluidaustausch zu dem speicherseitigen Anschluss B erfolgen kann.
Dargestellt ist in 14 ein Grundzustand, in dem der Kolben 74 in der Zeichnung nach links gegen die Dichtscheibe 110 gedrückt wird, und die Ventilkugel 126 nach rechts auf den Ventilsitz 102 gedrückt wird. Dies ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet. Mittels der Ventilfeder 58 wird erreicht, dass die Elemente der Ventil-Hauptstufe 56 in jedem Betriebszustand eine definierte Lage annehmen können.
15 zeigt die Ventil-Hauptstufe 56 der 14 beim Befüllen des – in der Zeichnung nicht gezeigten – hydraulischen Speichers 10, sowie beim nachfolgenden Halten des in dem hydraulischen Speicher 10 aufgebauten Fluiddrucks. Die Elemente der Ventil-Hauptstufe 56 entsprechen denen der 14, so dass ihre Bezugszeichen der Einfachheit halber vorliegend nicht wiederholt werden.
Beim Befüllen ist das (nicht dargestellte) Steuerventil 52 geöffnet, so dass über den Steueranschluss X Fluid in den Steuerbereich 82 des Kolbens 74 bzw. des Führungsabschnitts 120 fließen kann. Der Kolben 74 drückt mittels des Anschlagelements 122 auf die Ventilkugel 126 und unterstützt die Dichtwirkung am Ventilsitz 102.
Beim Halten des Fluiddrucks im hydraulischen Speicher 10 ist das (nicht dargestellte) Steuerventil 52 geschlossen. Die Elemente behalten die in der 15 gezeigte Stellung.
16 zeigt die Ventil-Hauptstufe 56 der 14 beim Entleeren des hydraulischen Speichers 10, um Fluid in das übrige Hydrauliksystem 16 abzugeben. Das (nicht dargestellte) Steuerventil 52 ist dabei geöffnet, so dass in Folge des vom speicherseitigen Anschluss B auf die Ventilkugel 126 wirkenden hydraulischen Drucks die Ventilkugel 126 und ebenso der Kolben 74 in der Zeichnung nach links gedrückt werden, so dass die Ventil-Hauptstufe 56 öffnet und Fluid in Richtung einer Linie 132 vom speicherseitigen Anschluss 6 zu dem systemseitigen Anschluss A fließen kann.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20 – aufbauend auf den Darstellungen der 14 bis 16 – in einer Schnittansicht. Die im linken Bereich der Zeichnung dargestellten Elemente, insbesondere der Stecker 104, die elektrische Kontaktierung 106, der Elektromagnet 54 und das Steuerventil 52 entsprechen im Wesentlichen der Vorrichtung 20 der 9. Es wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
Der Kolben 74 beziehungsweise der Führungsabschnitt 120, das Anschlagelement 122, die Ventilfeder 58 und die Ventilkugel 126 entsprechen der Anordnung nach der 10. Der Steuerbereich 82 der Ventil-Hauptstufe 56 ist in der 17 mit dem speicherseitigen Anschluss B über die hydraulische Verbindung 83 und über ein darin angeordnetes Rückschlagventil 134, welches zum Steuerbereich 82 hin sperrt, verbunden. Das Rückschlagventil 134 umfasst eine Ventilkugel 136 und eine Ventilfeder 138. Der von dem Steueranschluss X abgewandte Anschluss des Steuerventils 52 ist mit dem systemseitigen Anschluss A über eine hydraulische Verbindung 80 und ein ringförmiges Filter 64 zum Filtern des Fluids verbunden.
Die Funktion der Ventil-Hauptstufe 56, insbesondere in Bezug auf den Führungsabschnitt 120 und die Ventilkugel 126, entspricht den Darstellungen der 14 bis 16. Die Ventilkugel 126 ist ein Standardbauteil und wird vorliegend durch in Richtung der Längsachse 101 verlaufende Stege im Gehäuse 70 geführt. Die Stege sind in der Zeichnung nur angedeutet.
Nachstehend werden einige mögliche konstruktive Ausgestaltungen und/oder Alternativen der Vorrichtung 20 näher erläutert. Beispielsweise kann das Gehäuse 70 aus Kunststoff gespritzt sein, etwa aus einem Kunststoff des Typs PA66GF30. Das Gleitlager 113 ist beispielsweise aus einem Material ”BP25” oder ”PTFE” in einem Spritzgussverfahren gefertigt, und kann in einen Abschnitt des Gehäuses 70 eingepresst sein. Die Ventilkugel 126 kann entlang im Gehäuse 70 gespritzter Führungen geführt werden. Der Führungsabschnitt 120 kann beispielsweise aus Stahl hergestellt sein, und an den auf Gleitreibung beanspruchten Oberflächen geschliffen sein, beispielsweise mittels eines so genannten ”center-less”-Verfahrens. Dabei kann eine Passgenauigkeit von beispielsweise +/–20 μm erreicht werden.
Weiterhin kann beispielsweise in der Vorrichtung 20 nach der Ausführungsform der 3A das Rückschlagventil 62 mit integrierter erster Drossel 60 in die hydraulische Verbindung 84 der 17 eingepresst werden. Dabei kann eine Scheibe des Rückschlagventils 62, welche an Stelle einer Ventilkugel 136 das Sperren des Rückschlagventil 62 bewirkt, als ein Stanz-Prägeteil hergestellt werden.
Weiterhin kann die Dichtscheibe 110 aus Kunststoff in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein, wobei gegebenenfalls das ringförmige Filter 64 an bzw. in die Dichtscheibe 110 gepresst bzw. eingepresst sein kann.
Ergänzend oder alternativ kann dabei auch eine Dichtschweißung mittels eines Ultraschallverfahrens, eines Reibverfahrens oder eines Laserschweißverfahren durchgeführt werden. Das Steuerventil 52 kann in einen Abschnitt des Gehäuses 70 und/oder einen Abschnitt des Elektromagneten 54 eingepresst sein.
Weiterhin kann der Deckel 114 aus einem gleichen Werkstoff wie das Gehäuse 70 hergestellt sein, und durch Aufpressen oder Rasten daran befestigt sein.
Ergänzend oder alternativ kann der Deckel 114 auch mittels eines Ultraschallverfahrens, eines Reibverfahrens oder eines Laserschweißverfahren an dem Gehäuse 70 befestigt sein. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn eine vollständige Dichtheit erforderlich ist.
Weiterhin kann für den speicherseitigen Anschluss B eine standardisierte Schnittstelle passend zu einer vorliegenden Bauart des hydraulischen Speichers 10 verwendet werden. Der hydraulische Speicher 10 kann beispielsweise auf die Vorrichtung 20 aufgepresst oder gerastet sein.
Weiterhin können die Ventilfeder 58, die erste Drossel 60, die zweite Drossel 66 und das Anschlagelement 122 in Abhängigkeit von Erfordernissen des Hydrauliksystems 12 und/oder des Automatikgetriebes 14 bemessen werden.
Darüber hinaus kann die Stärke und/oder die Dauer der Ansteuerung 142 abhängig von Eigenschaften des Steuerventils 52 und/oder Erfordernissen zum Betrieb des Automatikgetriebes 14 gewählt werden. Außerdem können durch eine geeignete Bemessung der Elemente der Vorrichtung 20 die Fluidströme, die hydraulischen Drücke und/oder die Füllmenge des hydraulische Speicher flexibel berücksichtigt werden, insbesondere in Bezug auf eine Start-Stopp-Funktion der Brennkraftmaschine.
Die 18 bis 20 zeigen drei Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funktion der Vorrichtung 20 nach der 17, wobei auch auf die dort gezeigten Elemente Bezug genommen wird. Die Zeitdiagramme sind über einer Zeitachse t aufgetragen und weisen zueinander denselben Zeitmaßstab auf.
18 zeigt ein Diagramm mit einem Förderdruck 140 der Hydraulikpumpe 28, sowie einer Ansteuerung 142 des Steuerventils 52.
Zu einem Zeitpunkt t1 beginnt die Hydraulikpumpe 28 zu fördern, worauf der Förderdruck 140 sich erhöht und nachfolgend auf einen Betriebsdruck 144 einschwingt. Zu einem Zeitpunkt t2 wird der Elektromagnet 54 des Steuerventils 52 bestromt, so dass Fluid vom systemseitigen Anschluss A über das geöffnete Steuerventil 52 in den Steuerbereich 82 der Ventil-Hauptstufe 56 fließen kann.
Nachfolgend öffnet das Rückschlagventil 134, so dass das Fluid weiter zu dem speicherseitigen Anschluss B fließen und den hydraulischen Speicher 10 somit befüllen kann.
Zu einem Zeitpunkt 13 wird die Bestromung des Elektromagneten 54 ausgeschaltet. Daraufhin sperrt das Steuerventil 52. Nachfolgend wird die Hydraulikpumpe 28 abgeschaltet, beispielsweise in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine. Zu einem Zeitpunkt t4 ist der Förderdruck 140 null, und der hydraulische Druck in dem Hydrauliksystem 12 wird – beispielsweise aufgrund von Leckagen – kleiner.
Ab einem Zeitpunkt t5 und bis zu einem Zeitpunkt t6 erfolgt die Ansteuerung 142 des Steuerventils 52 durch Bestromung des Elektromagneten 54 für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne, in der Fluid von dem hydraulischen Speicher 10 mit einer vergleichsweise hohen Fließgeschwindigkeit zurück in das übrige Hydrauliksystem 16 fließen kann.
19 zeigt zeitgleich zu der 18 eine Auslenkung 146 der Ventilkugel 126 sowie eine Auslenkung 148 des Kolbens 74 bzw. des Führungsabschnitts 120 in Richtung der Längsachse 101. Eine Bezugslinie 150 bedeutet in Bezug auf die Ventilkugel 126 das Aufsitzen auf dem Ventilsitz 102, und für den Kolben 74 das Aufsitzen auf dem in der Zeichnung der 17 linken Anschlag an der Dichtscheibe 110.
20 zeigt zeitgleich zu den 18 und 19 einen Speicherdruck 152 in dem hydraulischen Speicher 10, welcher vorliegend als ein Kolben-Feder-Speicher ausgeführt ist, und einen die Fließgeschwindigkeit charakterisierenden Volumenstrom 154. Der positive Wertebereich oberhalb einer Nulllinie 156 bedeutet für den hydraulischen Speicher 10 eine entsprechend dem Speicherdruck 152 gespeicherte Fluidmenge, und für den Volumenstrom 154 ein Abfließen von Fluid aus dem hydraulischen Speicher 10.
Durch eine Zusammenschau der 18 bis 20 ist die Funktionsweise der Vorrichtung 20 in den drei Betriebszuständen ”Befüllen”, ”Halten” und ”Entleeren” zu erkennen.
21 zeigt eine zu der 5 passende Ausführungsform einer kombinierten Anordnung 158 der zweiten Drossel 66 und des Rückschlagventils 68. Ein Ventilgehäuse 159 umfasst den systemseitigen Anschluss A sowie die Schnittstelle A1 in Richtung des übrigen Hydrauliksystems 16.
In dem Ventilgehäuse 159 ist der Ventilkörper 72 in Form einer Kegelscheibe angeordnet, welche in Richtung einer Längsachse 162 mittels einer Ventilfeder 164 auf einen konischen Ventilsitz 166 gedrückt werden kann. Der Ventilkörper 72 weist eine axiale Blende 168 auf, durch welche Fluid auch bei einem gesperrten Ventil fließen kann. Ein Durchflussquerschnitt der Blende 168 begrenzt dabei einen möglichen Fluidstrom.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006041899 A1 [0012]
DE 102006014756 A1 [0012]
DE 102006014758 A1 [0012]
JP 10250402 A [0012]
US 5293789 A1 [0012]
EP 1265009 B1 [0012]
US 20050096171 A1 [0012]
EP 1353075 A2 [0012]
JP 2007138993 A [0012]

Claims

Vorrichtung (20) zur Steuerung eines hydraulischen Speichers (10) eines Hydrauliksystems (12), beispielsweise eines Fahrzeuggetriebes (14), mit einer Ventileinrichtung (26), welche einen speicherseitigen Anschluss (B) der Vorrichtung (20) mit einem systemseitigen Anschluss (A) verbinden und von ihm trennen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (26) mindestens eine Ventil-Hauptstufe (56), welche hydraulisch zwischen speicherseitigem Anschluss (B) und systemseitigem Anschluss (A) angeordnet ist und durch ein Beaufschlagungsmittel, vorzugsweise den hydraulisch am speicherseitigen Anschluss (B) herrschenden Druck, in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird, und ein elektrisch betätigtes Steuerventil (52) umfasst, welches den systemseitigen Anschluss (A) mit einen in Schließrichtung der Ventil-Hauptstufe (56) wirkenden Steueranschluss (X) der Ventil-Hauptstufe (56) und mit dem speicherseitigen Anschluss (B) verbinden kann, wobei zwischen dem Steuerventil (52) und dem speicherseitigen Anschluss (B) mindestens eine erste Drossel (60) angeordnet ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Hauptstufe (56) eine in Schließrichtung wirkende Feder (58) umfasst.
Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Rückschlagventil (62) umfasst, welches parallel zu der ersten Drossel (60) angeordnet ist und zum Steuerventil (52) hin sperrt.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Drossel (66) und ein Rückschlagventil (68) umfasst, welche zueinander in Serie und insgesamt parallel zu der Ventil-Hauptstufe (56) angeordnet sind, wobei das Rückschlagventil (68) zum systemseitigen Anschluss (A) hin sperrt.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Drossel (66) und ein Rückschlagventil (68) umfasst, welche zueinander parallel und insgesamt zwischen einerseits dem Steuerventil (52) und der Ventil-Hauptstufe (56) und andererseits dem systemseitigen Anschluss (A) angeordnet sind.
Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerventil (52) und dem systemseitigen Anschluss (A) ein Filter (64) angeordnet ist.
Vorrichtung (20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (52) größer ist als ein Durchflussquerschnitt der ersten Drossel (60).
Vorrichtung (20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drossel (60) ein Kanal (93) in einem Ventilkörper (72) der Ventil-Hauptstufe (56) ist, wobei der Kanal (93) beim Aufsitzen des Ventilkörpers (72) auf einem Dichtsitz (102) offen bleibt.
Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Hauptstufe (56) einen Ventilkörper (72) mit einem konischen Dichtabschnitt (166) aufweist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Hauptstufe (56) einen Ventilkörper (72) mit einem kugeligen Dichtabschnitt (103) aufweist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (72) einstückig mit einem Führungsabschnitt (120), mit dem dieser in einem Ventilgehäuse (70) geführt ist, ausgebildet ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (72) und ein Führungsabschnitt (120), mit dem dieser in einem Ventilgehäuse (70) geführt ist, separate Teile sind.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Führungsabschnitt (120) und Ventilkörper (72) eine Feder (58) verspannt ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Führungsabschnitt (120) und Ventilkörper (72) eine Dämpfungsfeder (130) angeordnet ist.
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-Hauptstufe (56) als Schieberventil (95) ausgeführt ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Führungsabschnitt (120) und dem Ventilkörper (72) ein Anschlagelement (122) angeordnet ist.
Vorrichtung (20) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Führungsabschnitt (120) und dem Ventilkörper (72) ein axial wirkendes Dämpfungselement angeordnet ist, welches außerdem einen axialen Abstand zwischen dem Führungsabschnitt (120) und dem Ventilkörper (72) begrenzen kann.
Vorrichtung (20) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsquerschnitt des Steuerventils (52) kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt der Ventil-Hauptstufe (56).
Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 oder 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstoff eines Gleitlagers (113), in welchem der Führungsabschnitt (120) gleiten kann, in etwa einen gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie ein Werkstoff des Führungsabschnitts (120) aufweist.