DE102011005404A1 - Linearaktor - Google Patents

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DE102011005404A1
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piston
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Michael Kutzner
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Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
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Abstract

Es wird ein Linearaktor (1) für eine hydraulische Bremsanlage beschrieben. Der Linearaktor (1) wird hydraulisch betätigt, wozu ein Druckkolben (3) in einem Zylinder (2) aus zwei Schwimmkolben (8, 9) besteht, die über eine Verbindungsstange (10) miteinander gekoppelt sind, die durch eine Trennwand (11) im Zylinder (2) hindurchgeführt ist. Die dadurch entstehenden Betätigungskammern (12, 13) sind über ein Ventilsystem an eine z. B. zweikreisige Pumpe (14) angeschlossen. Durch das Ventilsystem können die Betätigungskammern (12, 13) entweder kurzgeschlossen oder wechselseitig mit Druck beaufschlagt werden. Dieser Aktor ist wenig träge und besitzt eine relativ gleichmäßige Leistungsaufnahme für die Pumpen, so dass keine Spitzen in der Leistungsaufnahme vorhanden sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearaktor mit einem in einem Zylinder geführten Druckkolben, wobei eine vom Druckkolben begrenzte Druckkammer zum Anschluss an hydraulische Bremskreise vorgesehen ist.
  • Ein derartiger Linearaktor ist in der DE 10 2008 014 462 A1 beschrieben. Die Druckkammer ist an eine der Kammern eines Tandemhauptzylinders angeschlossen, so dass der für eine Bremsbetätigung erforderliche Pedalbetätigungsweg verkürzt wird. Der Druckkolben wird von einem Elektromotor mittels einer Zahnstange angetrieben. Es ist aber auch bekannt, derartige Linearaktoren über eine Spindel anzutreiben.
  • Der Einsatz solcher Aktoren bezieht sich nicht nur auf die unmittelbare Einbringung von Druckmitteln in den Hauptzylinder, sondern wird auch vorgesehen, um unabhängig von einer Pedalbetätigung Druckmittel geregelt in Radbremskreise einzubringen, um das Durchdrehen oder Blockieren der Räder zu vermeiden.
  • Eine unmittelbare mechanische Betätigung des Druckkolbens durch einen Elektromotor hat den Nachteil, dass zur Druckerhöhung bzw. Druckerniedrigung die Drehrichtung des Motors umzukehren ist. Eine Drehrichtungsumkehr hat zum einen zur Folge, dass die Betätigung relativ träge erfolgt, weil jeweils zunächst die Trägheitsmomente von Motor und Spindel zu überwinden sind, und sich zum anderen eine extreme Belastung des Stromnetzes des Fahrzeuges ergibt, da zum Abbremsen des Motors und zum Wiederbeschleunigen in eine andere Drehrichtung erhebliche Energie benötigt wird.
  • Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, einen Linearaktor zu schaffen, der den jeweils benötigten Druck schnell einzustellen vermag und dabei das Stromnetz des Fahrzeuges nicht zu stark belastet.
  • Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, dass der Druckkolben aus einem ersten und einem zweiten Schwimmkolben besteht, die zur Bildung eines Doppelkolbens über eine Verbindungsstange mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei die äußere Stirnfläche des ersten Schwimmkolbens die Druckkammer begrenzt, dass die Verbindungsstange dicht durch eine Trennwand im Zylinder geführt ist, so dass zwischen dem ersten Schwimmkolben und der Trennwand eine erste Betätigungskammer und zwischen dem zweiten Schwimmkolben und der Trennwand eine zweite Betätigungskammer gebildet ist, und dass eine wenigstens zweikreisige Pumpe vorgesehen ist, die über ein Ventilsystem mit der ersten und der zweiten Betätigungskammer hydraulisch verbunden ist, wobei das Ventilsystem so eingerichtet ist, dass in einer ersten Schaltstellung Druckmittel aus der ersten in die zweite Betätigungskammer und in einer zweiten Stellung Druckmittel von der zweiten in die erste Kammer gefördert werden kann.
  • Der Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass die Betätigung des Druckkolbens hydraulisch erfolgt, wobei die Bewegungsrichtung des Druckkolbens allein durch die Schaltstellung der Ventile des Ventilsystems bestimmt wird. Die Pumpen können daher stets in einem gleich bleibenden Umlauf bleiben, so dass der Elektromotor, der die Pumpen antreibt, sich stets in dieselbe Richtung drehen kann.
  • Beim Umschalten der Ventile kann es zwar zu kleinen Druckstößen kommen, die eine kurzzeitig erhöhte momentane Leistungsaufnahme der Pumpen notwendig machen. Diese momentane Leistungsaufnahme ist aber nicht so groß wie bei einer Umkehrung der Drehrichtung des Motors.
  • Außerdem kann das Ventilsystem in eine dritte Schaltstellung geschaltet werden, bei der die Betätigungskammern hydraulisch kurzgeschlossen sind. Dies bedeutet, dass die Pumpen ebenfalls kurzgeschlossen sind und im Betrieb lediglich Druckmittel vom ersten in den zweiten Pumpenkreis fördern, nicht aber in die angeschlossenen Betätigungskammern. In dieser Schaltstellung dient der Linearaktor als Drucküberträger zwischen einem Druckgeber, z. B. einem Hauptzylinder und einem Bremskreis.
  • In einer vierten Schaltstellung wird der Druckkolben blockiert. Dazu wird eine der Betätigungskammern von den Pumpenkreisen hydraulisch getrennt, während die andere Betätigungskammer mit diesen hydraulisch in Verbindung steht.
  • In den beiden zuletzt genannten Schaltstellungen können die Pumpen durchaus weiterlaufen, da dadurch lediglich ein Druckmittelaustausch zwischen den beiden Bremskreisen erfolgt. Wenn das Ventilsystem zum Druckaufbau in der Druckkammer in die erste oder zweite Schaltstellung umgeschaltet wird, so steht die Pumpenleistung unverzögert zur Verfügung, da für das Anfahren der Pumpe keine Trägheitsmomente zu überwinden sind. Damit die Pumpen in der dritten und vierten Schaltstellung ständig laufen können, sind aber wenigstens zwei Pumpenkreise vorzusehen.
  • Um aber einen gleichmäßigen Druckaufbau zu erreichen, können auch mehrkreisige Pumpen vorgesehen werden, vorzugsweise sind aber drei Kreise ausreichend, um einen gleichmäßigen Druckaufbau zu erzielen. Die Pumpzyklen der einzelnen Kreise sind dabei entsprechend der Anzahl der Kreise gegeneinander phasenverschoben. Dies bedeutet z. B. für eine zweikreisige Anlage, dass sich der erste Pumpenkreis im Druckmodus befindet, während der zweite Pumpenkreis im Saugmodus arbeitet, so dass das vom ersten Pumpenkreis geförderte Druckmittel in den zweiten Pumpenkreis gelangt.
  • Das Ventilsystem lässt sich in einfacher Weise dadurch realisieren, dass jeder Pumpenkreis über jeweils ein 2/2-Wegeventil an die Betätigungskammern angeschlossen ist.
  • Vorzugsweise werden elektromagnetisch betätigbare 2/2-Wegeventile benutzt, deren stromlose Grundstellung offen ist.
  • Für der Fall, dass an den Linearaktor auch ein Hauptzylinder angeschlossen ist, kann es sinnvoll sein, dass jeweils in einem Pumpenkreis das eine 2/2-Wegeventil stromlos offen und das andere stromlos geschlossen ist, so dass bei Ausfall der Stromversorgung der Druckkolben blockiert ist und keine Druckmittelverluste bei einer Betätigung des Tandemhauptzylinders auftreten.
  • Um Kavitationen in den Betätigungskammern zu vermeiden, wird vorgesehen, dass der Druckkolben mittels einer Feder vorgespannt ist.
  • Im Folgenden soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
  • 1 eine prinzipielle Darstellung des Linearaktors mit einer zweikreisigen Pumpe und einem entsprechenden Ventilsystem, und
  • 2 eine dreikreisige Pumpe mit einem entsprechenden Ventilsystem zum Ersatz der zweikreisigen Pumpe/Ventilsystem gemäß 1.
  • Es wird zunächst auf die 1 Bezug genommen. Diese zeigt im Querschnitt einen Linearaktor 1, der aus einem Zylinder 2 besteht, in dem ein als Doppelkolben ausgebildeter Druckkolben 3 dichtend geführt ist. Links in der Darstellung vor der Stirnseite des Druckkolbens 3 befindet sich eine Druckkammer 4, die an einen Bremskreis 5 mit einer HCU angeschlossen ist.
  • Die gegenüberliegende Kammer 6 an der anderen Stirnseite des Druckkolbens 3 kann entweder drucklos sein, also an Atmosphäre angeschlossen sein, oder mit einem Hauptzylinder 7 verbunden sein.
  • Der Druckkolben 3 besteht aus einem ersten und einem zweiten Schwimmkolben 8, 9, die über eine Verbindungsstange 10 starr miteinander verbunden sind. Der erste Schwimmkolben 8 und der zweite Schwimmkolben 9 bilden somit eine Einheit. Die Verbindungsstange 10 ist dicht durch eine Trennwand 11 im Zylinder 2 geführt, wodurch eine erste Betätigungskammer 12 und eine zweite Betätigungskammer 13 gebildet sind.
  • Beide Betätigungskammern 12, 13 sind an den Punkten A, B gemäß 1 an eine zweikreisige Pumpe 14 bzw. gemäß 2 an eine dreikreisige Pumpe 15 angeschlossen. Der erste Pumpenkreis 16a ist über ein erstes elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 17a an die erste Betätigungskammer 12 und über ein zweites elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 18a an die zweite Betätigungskammer 13 angeschlossen. In entsprechender Weise ist der zweite Pumpenkreis 16b über erste und zweite 2/2-Wegeventile 17b, 18b an die Betätigungskammern 12, 13 angeschlossen. Bei einer dreikreisigen Anlage ist gemäß 2 ein dritter Pumpenkreis 16c mit ersten und zweiten 2/2-Wegeventilen 17c und 18c angeschlossen.
  • Alle 2/2-Wegeventile sind elektromagnetisch betätigbar und in der Regel stromlos offen. Wenn allerdings, wie in 1 gezeigt, ein Hauptzylinder 7 angeschlossen ist, kann es sinnvoll sein, insbesondere die zweiten 2/2-Wegeventile 18a, b, c in ihrer stromlosen Grundstellung geschlossen auszuführen.
  • Mit diesem Ventilsystem lassen sich nun vier Schaltstellungen realisieren:
    In einer ersten Schaltstellung kann die Druckkammer 4 mit Druck beaufschlagt werden. Dazu wird Druckmittel aus der zweiten Betätigungskammer 13 in die erste Betätigungskammer 12 gepumpt, dazu werden die ersten und zweiten 2/2-Wegeventile 17a, b, c und 18a, b, c im Pumpenzyklus wechselseitig geschlossen bzw. geöffnet. Bezogen auf ein zweikreisiges Bremssystem gemäß der 1 sind die 2/2-Wegeventile 17a und 18b geöffnet, während die 2/2-Wegeventile 18a und 17b geschlossen sind, solange der erste Pumpenkreis 16a im Druckmodus ist. Ist der Pumpenzyklus um 180° vorangeschritten, so dass sich der zweite Pumpenkreis 16b im Druckmodus befindet, schalten die 2/2-Wegeventile gerade in eine zweite Schaltstellung um. Wenn Druckmittel von der ersten Betätigungskammer 12 in die zweite Betätigungskammer 13 gepumpt werden soll, ist das Schaltbild gerade umgekehrt.
  • In einer dritten Schaltstellung befinden sich sämtliche 2/2-Wegeventile 17a, b c; 18a, b, c in einer offenen Stellung, so dass bei laufender Pumpe lediglich Druckmittel zwischen den Pumpenkreisen hin- und hergepumpt wird, während die beiden Betätigungskammern 12, 13 in einer hydraulischen Verbindung miteinander stehen. Wird nun z. B. über den Hauptzylinder 7 Druck aufgebaut, kann sich der Druckkolben 3 verschieben, wodurch Druckmittel zwischen den Kammern über die offenen 2/2-Wegeventile 17a, b, c; 18a, b, c verlagert wird.
  • In einer vierten Schaltstellung wird lediglich eine Betätigungskammer hydraulisch gesperrt. Dies kann entweder die erste Betätigungskammer 12 oder die zweite Betätigungskammer 13 sein. Im ersten Fall sind jeweils die ersten 2/2-Wegeventile 17a, b, c geschlossen und die zweiten 2/2-Wegeventile 18a, b, c offen und im zweiten Fall ist die Schaltstellung der 2/2-Wegeventile gerade umgekehrt. Die geschlossenen 2/2-Wegeventile 18a, b, c bzw. 17a, b, c halten die jeweilige Betätigungskammer 12 bzw. 13 hydraulisch gesperrt, während bei laufender Pumpe 14, 15 ein Druckmittelaustausch zwischen den Pumpenkreisen über die offenen 2/2-Wegeventile 17a, b, c bzw. 18a, b, c erfolgt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Linearaktor
    2
    Zylinder
    3
    Druckkolben
    4
    Druckkammer
    5
    Bremskreis
    6
    Kammer
    7
    Hauptzylinder
    8
    erster Schwimmkolben
    9
    zweiter Schwimmkolben
    10
    Verbindungsstange
    11
    Trennwand
    12
    erste Betätigungskammer
    13
    zweite Betätigungskammer
    14
    zweikreisige Pumpe
    15
    dreikreisige Pumpe
    16a
    erster Pumpenkreis
    17a
    erstes 2/2-Wegeventil
    18a
    zweites 2/2-Wegeventil
    16b
    zweiter Pumpenkreis
    17b
    erstes 2/2-Wegeventil
    18b
    zweites 2/2-Wegeventil
    16c
    dritter Pumpenkreis
    17c
    erstes 2/2-Wegeventil
    18c
    zweites 2/2-Wegeventil
  • 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 102008014462 A1 [0002]

Claims (9)

  1. Linearaktor mit einem in einem Zylinder (2) geführten Druckkolben (3), wobei eine vom Druckkolben (3) begrenzte Druckkammer (4) zum Anschluss an hydraulische Bremskreise (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (3) aus einem ersten und einem zweiten Schwimmkolben (8, 9) besteht, die zur Bildung eines Doppelkolbens über eine Verbindungsstange (10) mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei die äußere Stirnfläche des ersten Schwimmkolbens (8) die Druckkammer (4) begrenzt, dass die Verbindungsstange (10) dicht durch eine Trennwand (11) im Zylinder (2) geführt ist, so dass zwischen dem ersten Schwimmkolben (8) und der Trennwand (11) eine erste Betätigungskammer (12) und zwischen dem zweiten Schwimmkolben (9) und der Trennwand (11) eine zweite Betätigungskammer (13) gebildet ist, und dass eine wenigstens zweikreisige Pumpe (14, 15) vorgesehen ist, die über ein Ventilsystem mit der ersten und der zweiten Betätigungskammer (12, 13) hydraulisch verbunden ist, wobei das Ventilsystem so eingerichtet ist, dass in einer ersten Schaltstellung Druckmittel aus der ersten in die zweite Betätigungskammer (12, 13) und in einer zweiten Stellung Druckmittel von der zweiten in die erste Kammer (13, 12) gefördert werden kann.
  2. Linearaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Schaltstellung die Betätigungskammern (12, 13) hydraulisch kurzgeschlossen sind.
  3. Linearaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vierten Schaltstellung eine der Betätigungskammern (12, 13) hydraulisch von den Pumpenkreisen (16a, b, c) getrennt ist.
  4. Linearaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpzyklen der einzelnen Pumpenkreise (16a, b, c) um 360°/n gegeneinander verschoben sind, wobei n die Anzahl der Pumpenkreise (16a, b, c) ist.
  5. Linearaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (15) mehr als zwei, vorzugsweise drei Pumpenkreise (16a, b, c) aufweist.
  6. Linearaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pumpenkreis (16a, b, c) über jeweils ein 2/2-Wegeventil (17a, b, c; 18a, b, c) an die Betätigungskammern (12, 13) angeschlossen ist.
  7. Linearaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei allen 2/2-Wegeventilen (17a, b, c; 18a, b, c) um elektromagnetisch betätigbare 2/2-Wegeventile (17a, b, c; 18a, b, c) handelt, deren stromlose Grundstellung offen ist.
  8. Linearaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei allen 2/2-Wegeventilen (17a, b, c; 18a, b, c) um elektromagnetisch betätigbare 2/2-Wegeventile (17a, b, c; 18a, b, c) handelt, wobei die stromlose Grundstellung des einen 2/2-Wegeventils (17a, b, c bzw. 18a, b, c), das an einer der Betätigungskammern (12, 13) angeschlossen ist, offen und die stromlose Grundstellung des anderen 2/2-Wegeventils (18a, b, c; 17a, b, c) geschlossen ist.
  9. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (3) mittels einer Feder vorgespannt ist.
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