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Elektrohydraulisches Antriebssystem zur Betätigung von wenigstens einem bewegbaren Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeuges
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Antriebssystem zur Betätigung von wenigstens einem bewegbaren Bauteil, insbesondere Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeuges, umfassend
- – eine elektromotorisch antreibbare hydraulische Druckquelle zum Fördern eines Hydraulikmediums aus einer Niederdruckpassage in eine Hochdruckpassage,
- – wenigstens einen mit dem Bauteil koppelbaren oder gekoppelten und mittels des Hydraulikmediums betreibbaren hydraulischen Aktor,
- – eine mit der Niederdruckpassage, der Hochdruckpassage und dem hydraulischen Aktor verbundene, elektrisch ansteuerbare Steuerventilanordnung, und
- – eine von der Hochdruckpassage zur Niederdruckpassage verlaufende Druckbegrenzungspassage, in welcher ein zur Begrenzung des Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage angesteuert öffenbares Druckbegrenzungsventil angeordnet ist.
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Ein derartiges elektrohydraulisches Antriebssystem, nachfolgend auch kurz als ”Hydrauliksystem” bezeichnet, ist in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Lediglich beispielhaft sei hierzu auf die
DE 10 2007 052 504 A1 verwiesen. Die bei einem gattungsgemäßen Hydrauliksystem zwischen einer Hochdruckpassage und einer Niederdruckpassage verlaufende Druckbegrenzungspassage mit einem angesteuert öffenbaren Druckbegrenzungsventil ermöglicht vorteilhaft eine Druckbegrenzung, d. h. Steuerung (Einstellung) oder Regelung des in der Hochdruckpassage herrschenden Hydraulikdruckes. Wenn das Druckbegrenzungsventil geöffnet wird bzw. (bei einem analog angesteuerten Ventil) der Öffnungsgrad des Druckbegrenzungsventils vergrößert wird, so strömt Hydraulikmedium von der Hochdruckpassage über die Druckbegrenzungspassage in die Niederdruckpassage, was zu einer entsprechenden Absenkung des Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage führt. Die Niederdruckpassage ist in der Regel mit einem drucklosen Hydraulikmediumreservoir verbunden. In diesem Fall entspricht der in der Niederdruckpassage herrschende Hydraulikdruck dem atmosphärischen Druck.
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Alternativ oder zusätzlich kann für die Druckbegrenzung des demgegenüber höheren Druckes in der Hochdruckpassage (z. B. mehr als 100 bar) auch eine geeignet ausgebildete Ansteuerung der elektromotorisch angetriebenen hydraulischen Druckquelle verwendet werden, wobei dieser Verwendung insofern Grenzen gesetzt sind, als durch eine entsprechende Ansteuerung der Druckquelle zwar stets eine Erhöhung des momentanen Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage bewirkt werden kann, unter Umständen jedoch keine Druckabsenkung. Eine Druckabsenkung kann z. B. einen bestimmten Betriebszustand der Steuerventilanordnung bzw. des oder der damit gesteuerten hydraulischen Aktoren voraussetzen (bei welchem die Druckabsenkung letztlich durch eine Strömung von Hydraulikmedium von der Hochdruckpassage über die Steuerventilanordnung und wenigstens einen Aktor zur Niederdruckpassage erfolgt).
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Durch die bei einem gattungsgemäßen Hydrauliksystem vorgesehene Druckbegrenzungspassage mit dem darin angeordneten, angesteuert öffenbaren Druckbegrenzungsventil ist die Implementierung einer Druckbegrenzungsfunktionalität vorteilhaft unabhängig von sonstigen Gestaltungsdetails des Systems und unabhängig vom Betriebszustand (insbesondere der Stellung des oder der Ventile, welche die Steuerventilanordnung bilden) ermöglicht.
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Für die Gestaltung des Druckbegrenzungsventils und der Ansteuerung desselben gibt es vielfältige Möglichkeiten. In einem einfachen Fall handelt es sich z. B. um ein so genanntes direktgesteuertes oder indirektgesteuertes Druckbegrenzungsventil, bei welchem der hochdruckseitige Hydraulikdruck selbst die (hydraulische) Ansteuerung des Ventils bewirkt. Im einfachsten Fall ist hierbei die Druckbegrenzung auf einen durch die Konstruktion des Ventils fest vorgegebenen Druck vorgesehen. In einer anderen Ausführung kann ein solches hydraulisch angesteuertes Druckbegrenzungsventil auch für eine Druckbegrenzung auf einen (elektrisch) einstellbaren Hydraulikdruck ausgebildet sein. In diesem Fall, oder bei Verwendung eines rein elektrisch angesteuerten Druckbegrenzungsventils kann dessen elektrische Ansteuerung vorteilhaft den wesentlichsten Beitrag zur Druckbegrenzung im Betrieb des Hydrauliksystems liefern (etwa wenn die hydraulische Druckquelle mit einer konstanten Förderleistung betrieben wird).
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Schließlich kann die Druckbegrenzungspassage auch mehrere parallel zueinander angeordnete Druckbegrenzungsventile aufweisen, z. B. ein elektrisch ansteuerbares Ventil und parallel dazu ein hydraulisch ansteuerbares Ventil (z. B. herkömmliches ”Überdruckventil” bzw. Sicherheitsventil).
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Der ordnungsgemäße Betrieb des elektrohydraulischen Antriebssystems setzt eine einwandfreie Funktion der Systemkomponenten einschließlich einwandfreier elektrischer Versorgung bzw. Ansteuerung der betreffenden Komponenten voraus. In vielen Anwendungsfällen stellt ein Ausfall der elektrischen Versorgung des Systems insofern ein gravierendes Problem dar, als es hierbei zu einer unerwünschten bzw. unkontrollierten Bewegung des normalerweise kontrolliert vom Hydrauliksystem bewegten Bauteils kommen kann. Hierzu ein Beispiel: Bei einer Verwendung des Hydrauliksystems zur koordinierten Betätigung mehrerer Bauteile eines öffnungsfähigen Dachsystems eines Kraftfahrzeuges, also z. B. einerseits einer Heckklappe (bzw. eines Verdeckkastendeckels oder eines ”Tonneau-Covers”) und andererseits eines oder mehrerer Dachteile (welche bei geschlossenem Dachsystem einen Insassenraum des Fahrzeuges überdecken), kann bei einem Stromausfall bei z. B. halb geöffnetem Dach eine durch die Schwerkraft bewirkte Bewegung eines oder mehrerer dieser Bauteile in unkontrollierter Weise erfolgen. Hierbei kann es insbesondere zu Kollisionen zwischen den unkoordiniert bewegten Bauteilen und/oder zu Kollisionen zwischen einem Bauteil und einem stationären Fahrzeugteil und somit zu Beschädigungen am Fahrzeug kommen.
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Die Gefahr einer unerwünschten Bewegung eines Bauteils bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung des Hydrauliksystems setzt in der Regel voraus, dass die mit einer schwer kraftbedingten und/oder manuellen Bauteilbewegung verbundene Verschiebung von Hydraulikmedium im hydraulischen System stattfinden kann. Bei üblichen Systemkonfigurationen ist dies oftmals dann der Fall, wenn das hydraulische System in diesem Zustand eine Strömung von Hydraulikmedium von der Hochdruckpassage in die Niederdruckpassage (oder umgekehrt) zulässt. In dieser Hinsicht stellt die oben erläuterte Druckbegrenzungspassage insofern ein Sicherheitsrisiko dar, als diese Passage je nach konkreter Gestaltung (des Druckbegrenzungsventils und seiner Ansteuerung) eine solche Strömung ermöglichen kann.
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Die Druckschrift
EP 1 854 650 A2 offenbart eine elektrohydraulische Betätigungsvorrichtung zum Verstellen eines Cabriolet-Verdecks mit zumindest einem Hydraulikzylinder, in dem ein Kolben in einem Stelldruckraum mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar ist und der Kolben in einem zweiten Stelldruckraum mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar ist, die der hydraulischen Kraft in dem ersten Stellprogramm entgegenwirkt, und der erste Stelldruckraum und/oder der zweite Stelldruckraum wahlweise mit einer Druckmittelquelle verbindbar sind. Dabei ist zwischen dem ersten und/oder dem zweiten Stelldruckraum und dem Tankvolumen mindestens ein Rückschlagventil derart angeordnet, dass beim Ausfall der Druckmittelquelle oder der Energieversorgung während eines Befüllvorgangs des ersten oder zweiten Stelldruckraums das Ausströmen des Druckmittels vom zweiten oder ersten Stelldruckraum in das Tankvolumen verhindert wird und dadurch der Kolben blockiert.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 057 625 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Betätigen eines elektrohydraulischen Systems, insbesondere eines Cabriolet-Verdecks an einem Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Hydraulikzylindern, in denen Kolben in ersten Stellräumen mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar sind, und einer der ersten Stelldruckräume mit einem Tankvolumen über ein erstes Ventil, und mit einer Druckmittelquelle über ein zweites Ventil verbindbar ist. Dabei sind das erste Ventil und das zweite Ventil mit den ersten Stelldruckräumen von mehreren Hydraulikzylindern gleichzeitig verbunden. Während bei dem ersten Ventil die Ruheposition als eine durchströmbare Verbindung zwischen den Stelldruckräumen und dem Druckmitteltank ausgebildet ist, ist das zweite Ventil, das mit der Druckmittelquelle verbunden ist, in der Ruheposition gesperrt. Zur Verstellung eines Zylinders wird das zweite Ventil mit Strom beaufschlagt, wodurch die Verbindung zur Druckmittelquelle hergestellt wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 008 171 A1 offenbart ein Verfahren zur elektrohydraulischen Betätigung einer bewegbaren Komponente eines Fahrzeugs mittels eines Hydraulikzylinders, von welchem ein Stelldruckraum in einem Normalbetrieb mit einem entsprechend der gewünschten Bewegung der Fahrzeugkomponente eingestellten Volumenstrom eines Hydraulikmediums beaufschlagt wird, wobei für den Fall eines Versagens der im Normalbetrieb vorgesehenen Volumenstromeinstellung ein Notbetrieb aktivierbar ist, in welchem ein entsprechend einer manuellen Notbetriebsbewegung der Fahrzeugkomponente erforderlicher Volumenstrom bereitgestellt wird. Dabei wird dieser Volumenstrom durch ein geeignetes elektrisches Ansteuern eines Hydraulikventils mittels einer autonomen elektrischen Spannungsquelle realisiert.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 029 278 A1 zeigt ein Betätigungssystem zur Betätigung unterschiedlicher Baugruppen eines Cabriolet-Fahrzeugs, wobei in eine Verdeckbewegung involvierte Fahrzeugkomponenten eine Baugruppe bilden und zur aktiven Reduktion von Karosserieschwingungen dienende Fahrzeugkomponenten eine weitere Baugruppe bilden, wobei die Baugruppe der bei einer Verdeckbewegung involvierten Fahrzeugkomponenten durch eine elektrohydraulische Betätigungseinheit mit einem wenigstens eine Zylinder-Kolben-Einheit und zugeordnete hydraulische Komponenten elektrisch ansteuernden Steuergerät betätigbar ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 052 504 A1 offenbart ein elektrohydraulisches Antriebssystem zur Betätigung von wenigstens einem bewegbaren Karosseriebauteil von einem Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Cabriolet-Verdeck, unter Verwendung von einer Hydraulikeinheit enthaltend eine elektromotorisch angetriebene hydraulische Druckquelle zur Versorgung von mehreren Kolben-Zylinder-Einheiten, nämlich wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit zum Bewegen des Karosseriebauteils.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem elektrohydraulischen Antriebssystem der eingangs genannten Art eine erhöhte Sicherheit (”Failsafe-Verhalten”) zu gewährleisten, insbesondere im Hinblick auf einen etwaigen Ausfall der elektrischen Versorgung.
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Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Hydrauliksystem dadurch gelöst, dass in der Druckbegrenzungspassage in Reihe zu dem Druckbegrenzungsventil ein elektrisch ansteuerbares Ventil angeordnet ist, welches in einer stromlosen Grundstellung geschlossen ausgebildet ist. Ein derartiges Ventil wird nachfolgend auch als SG(”stromlos geschlossen”)-Ventil bezeichnet.
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Dadurch, dass das erfindungsgemäß verwendete SG-Ventil bei einem Stromausfall zuverlässig in seine Schließstellung gebracht wird und in Reihe zu dem (evtl. geöffneten oder teilweise geöffneten bzw. öffenbaren) Druckbegrenzungsventil angeordnet ist, wird die Möglichkeit einer Durchströmung der Druckbegrenzungspassage zuverlässig verhindert. Somit lässt sich vorteilhaft eine unerwünschte manuelle oder schwerkraftbedingte Bewegung von Bauteilen nach einem Stromausfall verhindern.
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Gemäß einer einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Druckbegrenzungsventil als hydraulisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist, z. B. als ein herkömmliches direktgesteuertes oder indirektgesteuertes ”Überdruckventil”.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Druckbegrenzungsventil ein elektrisch ansteuerbares Ventil. In diesem Fall kann anders als mit einem herkömmlichen lediglich hydraulisch gesteuerten Überdruckventil auch ein variabler Sollwert für den Hydraulikdruck in der Hochdruckpassage vorgesehen werden. Dies erfordert eine entsprechende elektronische Steuereinrichtung, welche das Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter des Hydrauliksystems ansteuert.
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Insbesondere kann das Druckbegrenzungsventil ein elektrisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil sein, welches in einer stromlosen Grundstellung offen ausgebildet ist. Ein derartiges Ventil wird nachfolgend auch als SO(”stromlos offen”)-Ventil bezeichnet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Hydrauliksystem ferner eine elektronische Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Druckbegrenzungsventil als (elektrisch ansteuerbares) Proportionalventil zu betreiben, also ”analog” anzusteuern. Alternativ kommt eine getaktete Ansteuerung dieses Ventils (mit variablen Pulslängen und/oder Pulspausen) in Betracht.
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Eine Einstellung des Hydraulikdruckes auf einen Sollwert bzw. eine Regelung des Hydraulikdruckes auf einen Sollwert kann hierbei z. B. unter Verwendung eines Drucksensors realisiert werden, mittels welchem der Hydraulikdruck in der Hochdruckpassage erfasst wird.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in der Druckbegrenzungspassage eine Parallelanordnung von wenigstens zwei Druckbegrenzungsventilen angeordnet ist, wobei in diesem Fall bevorzugt zumindest ein rein hydraulisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil und zumindest ein elektrisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil, insbesondere SO-Ventil, vorgesehen ist. Das Vorsehen wenigstens eines rein hydraulisch ansteuerbaren Druckbegrenzungsventils besitzt den sicherheitsrelevanten Vorteil einer bestimmten Druckbegrenzung auch im Falle einer Störung eines parallel dazu angeordneten elektrisch ansteuerbaren Druckbegrenzungsventils (oder im Falle einer Störung der betreffenden elektronischen bzw. elektrischen Ansteuereinrichtung).
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Eine bevorzugte Verwendung des Hydrauliksystems ist die Betätigung mehrerer bewegbarer Karosseriebauteile eines Kraftfahrzeuges, insbesondere mehrerer bewegbarer Bauteile eines öffnungsfähigen Dachsystems eines Kraftfahrzeuges. In einem derartigen Anwendungsfall besitzt das Hydrauliksystem dementsprechend mehrere mit den betreffenden Bauteilen koppelbare bzw. gekoppelte hydraulische Aktoren, wobei für jedes bestimmte Bauteil z. B. jeweils ein Paar von simultan betriebenen hydraulischen Aktoren (links und rechts von einer Fahrzeugmitte angeordnet) vorgesehen sein kann.
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Jeder hydraulische Aktor kann insbesondere von einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit (”Hydraulikzylinder”) zum Bewegen eines damit gekoppelten Bauteils vorgesehen sein. Neben so genannten einfachwirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten können hierbei insbesondere so genannte doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheiten eingesetzt werden. Letztere sind dadurch gekennzeichnet, dass darin jeweils zwei (durch einen Kolben) voneinander getrennte Druckräume vorgesehen sind, wobei eine Bewegung des Kolbens und einer auf wenigstens einer Kolbenseite vorgesehenen Kolbenstange durch die Differenz der beiderseits des Kolbens wirkenden hydraulischen Kräfte hervorgerufen wird.
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Derartige doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheiten können im erfindungsgemäßen Hydrauliksystem derart eingesetzt werden, dass deren Druckräume von der Druckquelle (und über die Steuerventilanordnung) wechselweise derart mit Hydraulikdruck versorgbar sind, dass ein reversierbarer Antrieb der Einheiten ermöglicht ist. Bei einer durch entsprechende Druckbeaufschlagung eines Druckraumes hervorgerufenen Kolbenbewegung kann das hierbei aus dem anderen Druckraum verdrängte Hydraulikmedium z. B. wieder in die Niederdruckpassage bzw. ein damit verbundenes Hydraulikmediumreservoir strömen.
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Für die Anzahl, Ausbildung und Anordnung von hydraulischen Aktoren kann vorteilhaft auf an sich aus dem Stand der Technik bekannte Konzepte zurückgegriffen werden. Das gleiche gilt für die Gestaltung der elektrisch ansteuerbaren Steuerventilanordnung, die aus einem oder mehreren Steuerventilen gebildet ist. Diesbezüglich sei z. B. auf die eingangs bereits erwähnte
DE 10 2007 052 504 A1 verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 einen hydraulischen Schaltplan eines elektrohydraulischen Antriebssystems gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
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2 einen hydraulischen Schaltplan eines elektrohydraulischen Antriebssystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels,
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3 einen hydraulischen Schaltplan eines elektrohydraulischen Antriebssystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
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4 einen hydraulischen Schaltplan eines elektrohydraulischen Antriebssystems gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt ein elektrohydraulisches Antriebssystem 10, nachfolgend auch kurz als ”Hydrauliksystem” bezeichnet, zur Betätigung von mehreren bewegbaren Bauteilen 12-1, 12-2 und 12-3, bei denen es sich hier beispielsweise um ein Dachteil 12-1, einen Rohrrahmen 12-2 und ein Verschlussteil 12-3 eines öffnungsfähigen Dachsystems eines Kraftfahrzeuges handelt.
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Bei öffnungsfähigen Dachsystemen ist oftmals eine mehr oder weniger genau koordinierte Bewegung der einzelnen Bauteile sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Daches erforderlich. Ein Dachöffnungsvorgang kann z. B. mit einem Bewegen eines Verschlussteiles zum Entriegeln eines z. B. verschwenkbaren Rahmens und einem Bewegen dieses Rahmens (z. B. Rohrrahmen) beginnen, um zu einem späteren Zeitpunkt im Verlauf des Dachöffnungsvorganges ein bestimmtes Dachteil zu bewegen (z. B. relativ zum bezüglich einer Fahrzeugkarosserie sich bewegenden Rohrrahmen). Jedenfalls sind bei derartigen Dachsystemen mit mehreren zu bewegenden Bauteilen die einzelnen Bewegungen so zu koordinieren, dass Kollisionen vermieden werden.
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Das in 1 dargestellte Hydrauliksystem 10 umfasst
- – eine mittels eines Elektromotors 14 antreibbare hydraulische Druckquelle 16 zum Fördern eines Hydraulikmediums aus einer Niederdruckpassage 18, die mit einem drucklosen Hydraulikmediumreservoir 20 verbunden ist, in eine Hochdruckpassage 22,
- – eine Aktoranordnung 24, die im dargestellten Beispiel entsprechend der Anzahl von zu betätigenden Bauteilen 12-1, 12-2, 12-3 aus drei Paaren von jeweils identisch ausgebildeten hydraulischen Aktoren in Form von doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Einheiten gebildet ist (Die hydraulischen Aktoren der einzelnen Aktorpaare sind mit den Bezugszahlen 26-1, 26-2 bzw. 26-3 bezeichnet),
- – eine mit der Niederdruckpassage 18, der Hochdruckpassage 22 und der Aktoranordnung 24 über Hydraulikpassagen verbundene, elektrisch ansteuerbare Steuerventilanordnung 28,
- – eine von der Hochdruckpassage 22 zur Niederdruckpassage 18 verlaufende Druckbegrenzungspassage 30, in welcher ein zur Begrenzung des Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage 22 angesteuert öffenbares Druckbegrenzungsventil 32 angeordnet ist.
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Im dargestellten Beispiel ist das Druckbegrenzungsventil 32 ein elektrisch ansteuerbares SO-Ventil.
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Eine Besonderheit des Hydrauliksystems 10 besteht darin, dass in der Druckbegrenzungspassage 30 in Reihe zu dem Druckbegrenzungsventil 32 ferner ein elektrisch ansteuerbares SG-Ventil 34 angeordnet ist. Im Betrieb des Hydrauliksystems 10, wenn also je nach Betätigungsbedarf (für die Bauteile 12-1 bis 12-3) die hydraulische Druckquelle 16 zum Fördern von Hydraulikmedium betrieben wird und Hydraulikmedium über die entsprechend angesteuerte Steuerventilanordnung 28 zu den Aktoren 26-1 bis 26-3 zugeleitet wird (bzw. aus diesen heraus und zurück ins Reservoir 20 geführt wird), wird das SG-Ventil 34 permanent bestromt, so dass dieses Ventil während dieses Betriebes geöffnet ist. In diesem Zustand kann durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung des Druckbegrenzungsventils 32 vorteilhaft die erwähnte Hydraulikdruckbegrenzung, d. h. Steuerung oder Regelung des in der Hochdruckpassage 22 herrschenden Hydraulikdruckes durchgeführt werden. Bevorzugt wird das Druckbegrenzungsventil 32 analog angesteuert (d. h. als Proportionalventil betrieben). Denkbar ist jedoch auch eine ”digitale” Ansteuerung (mittels Ansteuerpulsen variabler Dauer bzw. mit variablen Pulsabständen).
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Im dargestellten Beispiel umfasst das Hydrauliksystem 10 ferner eine elektronische Steuereinrichtung ST, welche auf Basis einer Reihe von Eingangssignalen (z. B. Bedienerwunschsignale und/oder Sensorsignale) geeignete Ausgangssignale (Steuersignale) generiert und zu den elektrisch ansteuerbaren Komponenten des Systems 10 ausgibt.
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Zu den Eingangssignalen gehört im dargestellten Beispiel insbesondere ein Sensorsignal, welches ein Drucksensor 36 zur Erfassung des Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage 22 ausgibt. Dieses Sensorsignal repräsentiert somit einen momentanen Istwert des Hydraulikdruckes, welcher in der Steuereinrichtung ST mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, um auf Basis einer etwaigen Abweichung zwischen Istwert und Sollwert z. B. im Rahmen einer Druckregelung ein entsprechendes Steuersignal an das elektrisch ansteuerbare Druckbegrenzungsventil 32 auszugeben, um den Hydraulikdruck auf den Sollwert einzustellen. Im dargestellten Beispiel ist die Steuereinrichtung ST dazu ausgebildet, das Druckbegrenzungsventil 32 (hier: SO-Ventil) als Proportionalventil mit stufenlos veränderbarem Öffnungsgrad zu betreiben. Unabhängig von einer etwaig außerdem vorgesehenen Variation der hydraulische Förderleistung der Druckquelle 16 (durch entsprechende Ansteuerung des Motors 14 mittels der Steuereinrichtung ST) wird durch das analoge SO-Ventil 32 vorteilhaft der Hydraulikdruck und somit der je nach Stellung der Steuerventile (Steuerventilanordnung 28) über die jeweiligen Aktoren 26-1 bis 26-3 strömende Hydraulikmedium-Volumenstrom eingestellt. In Verbindung mit der jeweiligen Konstruktion eines Aktors wird durch diesen Volumenstrom die Verfahrgeschwindigkeit des Aktors bestimmt.
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Wenngleich die konkrete Ausgestaltung der Steuerventilanordnung 28 und deren hydraulische Verbindungen zur Hochdruckpassage 22, zur Niederdruckpassage 18 und zur Aktoranordnung 24 im Rahmen der vorliegenden Erfindung von eher untergeordneter Bedeutung sind, so sei dennoch kurz die prinzipielle Funktionsweise der dargestellten Steuerventilanordnung 28 erläutert.
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Für die Betätigung des ersten Paars von Aktoren 26-1 sind wie aus 1 ersichtlich zwei Paare von elektrisch ansteuerbaren Steuerventilen vorgesehen, wobei jedes Steuerventilpaar ein mit der Hochdruckpassage 22 verbundenes SO-Ventil und ein in Reihe dazu angeordnetes und mit der Niederdruckpassage 18 verbundenes SG-Ventil umfasst. An Verbindungspassagen zwischen diesen zwei Steuerventilen eines jeden Steuerventilpaares ist jeweils eine Abzweigungspassage angeschlossen, welche zu einem Druckraum der hydraulischen Aktoren 26-1 führt (einerseits auf der der Kolbenstange abgewandten Seite und andererseits auf der Seite der Kolbenstange). Es versteht sich, dass mit dieser Anordnung von Steuerventilen und deren Verbindungen zu den Aktoren 26-1 durch elektrische Ansteuerung der Steuerventile ein reversierbarer Aktorbetrieb ermöglicht ist. Hierfür gibt es verschiedene Ansteuermöglichkeiten. Im dargestellten Beispiel ist vorgesehen, dass für ein Ausfahren der Kolbenstangen die Steuerventile derart angesteuert werden, dass derjenige Druckraum, welcher der Kolbenstange abgewandt ist, mit dem (relativ hohen) Hydraulikdruck der Hochdruckpassage 22 beaufschlagt wird (z. B. etwa 200 bar), wohingegen der kolbenstangenseitige Druckraum mit dem (relativ niedrigen) Hydraulikdruck der Niederdruckpassage 18 verbunden wird (z. B. ca. 1 bar). Für ein Einfahren der Kolbenstangen werden alle vier Steuerventile umgesteuert, so dass der kolbenstangenseitige Druckraum mit dem hohen Hydraulikdruck und der andere Druckraum mit dem niedrigen Hydraulikdruck beaufschlagt wird.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung von vier Steuerventilen wird zur Betätigung des Paares von Aktoren 26-1 verwendet. Es versteht sich, dass mit derselben Steuerventilanordnung auch eine andere Anzahl von (parallelgeschalteten) Aktoren betätigt werden könnte.
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Für die Betätigung der verbleibenden zwei Aktorpaare, bestehend aus den parallelgeschalteten Aktoren 26-2 (für ”Rohrrahmen”) bzw. den parallelgeschalteten Aktoren 26-3 (für ”Verschluss”) wird ein weiteres Steuerventilpaar (in 1 rechts) verwendet. Auch bei diesem Steuerventilpaar ist ein erstes Steuerventil (SO-Ventil) mit der Hochdruckpassage 22 verbunden und ein in Reihe dazu angeordnetes zweites Steuerventil (SG-Ventil) mit der Niederdruckpassage 18 verbunden. An einer Verbindungspassage zwischen diesen beiden Steuerventilen zweigt eine Passage zu denjenigen Druckräumen der Aktoren 26-2 und 26-3 ab, welche den Kolbenstangen dieser Aktoren jeweils abgewandt sind. Die kolbenstangenseitigen Druckräume sind (anders als bei der vorstehend beschriebenen Anordnung für die Aktoren 26-1) nicht mit einer Verbindungspassage zwischen zwei Steuerventilen eines Steuerventilpaares verbunden, sondern permanent mit der Hochdruckpassage 22 verbunden. Dennoch erlaubt auch diese Anordnung der nur zwei Steuerventile einen reversierbaren Antrieb der zugeordneten Aktoren 26-2 und 26-3: Für ein Ausfahren der Kolbenstangen werden die den Kolbenstangen jeweils abgewandeten Druckräume mit dem (relativ hohen) Hydraulikdruck der Hochdruckpassage beaufschlagt, so dass sich trotz gleichem Hydraulikdruck in den jeweils anderen Druckräumen die Ausfahrbewegung dadurch ergibt, dass die hydraulisch wirksame Kolbenfläche auf der der Kolbenstange abgewandten Seite größer ist als die hydraulisch wirksame Kolbenfläche auf der Seite der Kolbenstange. Für ein Einfahren der Kolbenstangen werden die Druckräume auf der den Kolbenstangen abgewandten Seite durch entsprechende Umsteuerung der Steuerventile mit dem (relativ niedrigen) Hydraulikdruck der Niederdruckpassage 18 verbunden.
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Hinsichtlich der technischen Implementierung des dargestellten elektrohydraulischen Antriebssystems 10 ist noch anzumerken, dass dieses neben der elektronischen Steuereinrichtung ST aus zwei hydraulisch miteinander verbundenen Baueinheiten zusammengesetzt ist, nämlich einem Pumpen/Steuerventil-Block 40 und einem Adapterblock 42. Durch diesen modularen Aufbau des Hydrauliksystems 10 ergeben sich logistische Vorteile. Insbesondere kann eine bestimmte Art von Pumpen/Steuerventil-Block 40 in der Praxis mit verschiedenen Adapterblöcken 42 kombiniert werden, um somit verschiedene Gesamtsysteme zu implementieren.
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Bei dem in 1 dargestellten Beispiel kann insofern von einem ”4-Kanal-Hydrauliksystem” gesprochen werden, als die hydraulische ”Schnittstelle” zwischen Pumpen/Steuerventil-Block 40 einerseits und Adapterblock 42 andererseits die Verbindung von vier Hydraulikpassagen vorsieht.
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Nochmals zurückkommend auf die Druckbegrenzungspassage 30 besteht ein besonderer Vorteil des Hydrauliksystems 10 darin, dass durch eine analoge Ansteuerung des SO-Ventil 32 eine bedarfsgerechte Druckbegrenzung (und somit Einstellung des Volumenstroms an Hydraulikmedium bei einer Aktorbetätigung) realisiert wird. Es hat sich herausgestellt, dass in vielen Anwendungsfällen das SO-Ventil 32 als Druckbegrenzungsventil in der Druckbegrenzungspassage 30 mit besonderen Vorteilen verbunden ist, etwa im Vergleich zur Verwendung eines elektrisch ansteuerbaren SG-Ventils an dieser Stelle.
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Allerdings besteht bei dieser Art und Weise der Druckbegrenzung des Hydraulikdruckes in der Hochdruckpassage 22 die prinzipielle Gefahr, dass bei einem Ausfall der elektrischen Versorgung das dargestellte Druckbegrenzungsventil 32 in seine stromlos offene Grundstellung gelangt, so dass eine unerwünschte manuelle oder schwerkraftbedingte Bewegung der Bauteile 12-1 bis 12-3 erfolgen könnte, indem eine entsprechende Strömung von Hydraulikmedium über die Druckbegrenzungspassage 30 erfolgt.
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Dies ist jedoch bei dem dargestellten Hydrauliksystem 10 dadurch zuverlässig verhindert, dass in Reihe zu dem Druckbegrenzungsventil 32 das SG-Ventil 34 angeordnet ist. Letzteres wird bei einem Stromausfall zuverlässig in seine stromlos geschlossene Grundstellung gebracht, so dass die erwähnte Strömung von Hydraulikmedium ausgeschlossen ist und die betreffenden Bauteile (hier: 12-1 bis 12-3) in ihrer momentanen Stellung blockiert werden.
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Prinzipiell denkbar wäre in diesem Zustand (Ausfall der elektrischen Versorgung) zwar auch eine Hydraulikströmung über den Pfad der hydraulischen Druckquelle 16, welcher ebenfalls zwischen Hochdruckpassage 22 und Niederdruckpassage 18 verläuft. Als hydraulische Druckquellen gängige Pumpenkonstruktionen, insbesondere unter Verwendung von bewegbaren Kolben arbeitende Verdrängerpumpen, liefern jedoch bei Stromausfall zumeist eine hinreichend gute Abdichtwirkung zwischen Hochdruckseite (Pumpenausgang) und Niederdruckseite (Sauganschluss).
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Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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2 zeigt ein Hydrauliksystem 10a gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Die Modifikation des Hydrauliksystems 10a gegenüber dem mit Bezug auf die 1 bereits beschriebenen Hydrauliksystem 10 besteht darin, dass das Hydrauliksystem 10a zur Betätigung von insgesamt nicht drei sondern vier Bauteilen 12a-1 bis 12a-4 vorgesehen ist und somit nicht drei sondern vier hydraulische Aktoren bzw. Aktorpaare 26a-1 bis 26a-4 anzusteuern vermag.
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Bei den verschiedenen, in diesem Beispiel wieder jeweils paarweise angeordneten Aktoren 26-1 bis 26-4 handelt es sich um die Aktoren 26a-1 für einen ”Heckdeckel”, 26a-2 für ein ”Dachbauteil”, 26a-3 für einen ”Rohrrahmen” und 26a-4 für einen ”Verschluss”.
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Wie aus einem Vergleich zwischen den 1 und 2 ersichtlich, besitzt das Hydrauliksystem 10a eine zur Betätigung zusätzlicher Aktoren modifizierte Steuerventilanordnung 28a. Im dargestellten Beispiel umfasst die Anordnung 28a die gleichen Steuerventile bzw. Steuerventilpaare wie die Anordnung 28 gemäß 1, wobei jedoch für die zusätzliche Ansteuermöglichkeit des ”Heckdeckels” 12a-1 weitere Steuerventile vorgesehen sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies zwei Steuerventilpaare, mittels derer eine Ansteuerung der zugeordneten Aktoren 26a-1 in einer Weise erfolgt, wie diese bereits (für das Aktorpaar 26-1 von 1) beschrieben wurde.
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Entsprechend der Anzahl an hydraulischen Schnittstellen zwischen einem Pumpen/Steuerventil-Block 40a und einem Adapterblock 42a handelt es sich bei dem dargestellten Hydrauliksystem 10a um ein 6-Kanal-Hydrauliksystem.
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Im Übrigen entspricht der Aufbau und die Funktionsweise des Hydrauliksystems 10a dem bereits beschriebenen Hydrauliksystem 10.
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3 zeigt ein Hydrauliksystem 10b, welches im Wesentlichen dem 4-Kanal-Hydrauliksystem der 1 entspricht, wobei jedoch eine modifizierte Druckbegrenzungspassage 30b vorgesehen ist.
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Die Modifikation besteht darin, dass in der Druckbegrenzungspassage 30b als Druckbegrenzungsventil 32b kein elektrisch ansteuerbares sondern ein rein hydraulisch ansteuerbares Ventil eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein herkömmliches, direktgesteuertes oder indirektgesteuertes Druckbegrenzungsventil, bei welchem der in der Hochdruckpassage 22b herrschende Hydraulikdruck bei Überschreitung eines vorbestimmten Druckwertes (hier: durch Federvorbelastung fest vorgegebener Druckwert) das Ventil 32b in einen Öffnungszustand bringt (bis der Hydraulikdruck wieder unter den vorgegebenen Druckwert abgesunken ist).
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Um auch bei dem Hydrauliksystem 10b bei einem Stromausfall zuverlässig eine Durchströmung der Druckbegrenzungspassage 30b zu verhindern, ist wieder ein SG-Ventil 34b in Reihe zu dem Druckbegrenzungsventil 32b angeordnet.
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Das Hydrauliksystem 10b gemäß 3 ist insofern eine besonders kostengünstige Variante, als der hochdruckseitige Hydraulikdruck (in der Hochdruckpassage 22b) hier nicht auf Basis einer mittels eines Sensors durchgeführten Messung des aktuellen Hydraulikdruckes geregelt wird. Vielmehr ist bei dem Hydrauliksystem 10b ein durch die Konstruktion (Federvorbelastung) des Druckbegrenzungsventils 32b fest vorgegebener Hydraulikdruck vorgesehen. Die Regelung erfolgt somit rein hydraulisch. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel könnte anstelle des dargestellten rein hydraulisch betätigten Druckbegrenzungsventils 32b auch ein hydraulisch betätigtes Druckbegrenzungsventil eingesetzt werden, dessen den Drucksollwert bestimmende Federvorbelastung elektrisch einstellbar ist. In diesem Fall könnte wieder eine von aktuellen Betriebsparametern abhängige Einstellung des Hydraulikdruckes bewerkstelligt werden. Auch könnte abweichend vom dargestellten Beispiel ein weiteres, insbesondere elektrisch ansteuerbares Druckbegrenzungsventil parallel zu dem dargestellten Ventil 32b angeordnet sein (vgl. auch Beispiel gemäß 4). 4 zeigt ein Hydrauliksystem 10c gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Das in 4 dargestellte Hydrauliksystem 10c unterscheidet sich von dem bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 3 hinsichtlich der Ausgestaltung einer Druckbegrenzungspassage 30c.
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Die Modifikation besteht darin, dass anstatt eines einzigen Druckbegrenzungsventils zwei parallel zueinander angeordnete Druckbegrenzungsventile 32c-1 und 32c-2 vorgesehen sind. Das erste Druckbegrenzungsventil 32c-1 ist in diesem Beispiel ein elektrisch ansteuerbares Ventil vom ”stromlos geöffneten” Typ (SO-Ventil), wohingegen das zweite Druckbegrenzungsventil 32c-2 ein wie dargestellt hydraulisch ansteuerbares Ventil ist.
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Das zweite Druckbegrenzungsventil 32c-2 ist bei diesem Beispiel baulich mit dem ersten, elektrisch ansteuerbaren Druckbegrenzungsventils 32c-1 zusammengefasst bzw. bildet eine ergänzende Funktionalität desselben. Derartige elektrisch ansteuerbare Hydraulikventile (32c-1) mit der Funktionalität des zusätzlichen ”Überdruck”-Ventils (32c-2) sind als solche bekannt bzw. kommerziell erhältlich und können im Rahmen der Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Auch bei dem Hydrauliksystem 10c gemäß 4 ist auf einen Drucksensor zur Erfassung des hochdruckseitigen Hydraulikdruckes verzichtet. Die Ansteuerung des elektrisch ansteuerbaren Druckbegrenzungsventils 32c-1 erfolgt hier z. B. in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern, insbesondere z. B. Pumpenansteuersignal und Schaltstellungen bzw. Ansteuersignale an der Steuerventilanordnung 28c mittels einer Kennfeldsteuerung oder dergleichen (z. B. Software-basiertes Steuerverfahren).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrohydraulisches Antriebssystem
- 12
- Bauteil
- 14
- Elektromotor
- 16
- Druckquelle
- 18
- Niederdruckpassage
- 20
- Reservoir (für Hydraulikmedium)
- 22
- Hochdruckpassage
- 24
- Aktoranordnung
- 26
- hydraulischer Aktor
- 28
- Steuerventilanordnung
- 30
- Druckbegrenzungspassage
- 32
- Druckbegrenzungsventil
- 34
- SG-Ventil
- 36
- Drucksensor
- 40
- Pumpen/Steuerventil-Block
- 42
- Adapterblock
