DE102022105952A1

DE102022105952A1 - Hydrauliksystem und Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems

Info

Publication number: DE102022105952A1
Application number: DE102022105952.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Greb; Laszlo Man
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-03-15
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2023-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem (1) mit einem Betätigungskolben (20), der zur Darstellung einer Betätigungsfunktion dient, und mit einem Steuerkolben (10), der zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient.Um die Kosten zum Herstellen und/oder Betreiben des Hydrauliksystems (1) zu reduzieren, ist der Steuerkolben (10) so ausgeführt und über einen Kopplungsmechanismus (30) so mit dem Betätigungskolben (20) gekoppelt, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben (10) erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben eine Endstellung einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einem Betätigungskolben, der zur Darstellung einer Betätigungsfunktion dient, und mit einem Steuerkolben, der zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydrauliksystems.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2018 112 670 A1 ist eine Hydraulikeinrichtung mit einer Pumpe bekannt, die zum einen an eine Kühlmittelleitung zum Versorgen eines ersten Verbrauchers mit Hydraulikmittel zu dessen Kühlung und/oder Schmierung anschließbar ist und an eine Aktivierungsleitung zum Versorgen eines zweiten Verbrauchers mit demselben Hydraulikmittel zu dessen Betätigung anschließbar ist, wobei die Pumpe als Reversierpumpe ausgebildet ist, wobei ein hydraulischer Parksperrenbetätiger, der einen doppelt wirkenden Kolben besitzt, mit Hydraulikmittel zur Parksperrenaktuierung versorgbar ist, wobei der Kolben als Differenzflächenkolben oder als Gleichflächenkolben ausgelegt ist, wobei der Parksperrenbetätiger über eine Rastiervorrichtung lagefestlegbar ist, wobei die Rastiervorrichtung ein federvorgespanntes Blockierelement besitzt, das zum Eingreifen in eine formgegengleiche Ausnehmung bemessen und angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kosten zum Herstellen und/oder Betreiben eines Hydrauliksystems mit einem Betätigungskolben, der zur Darstellung einer Betätigungsfunktion dient, und mit einem Steuerkolben, der zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient, zu reduzieren.
Die Aufgabe ist bei einem Hydrauliksystem mit einem Betätigungskolben, der zur Darstellung einer Betätigungsfunktion dient, und mit einem Steuerkolben, der zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient, dadurch gelöst, dass der Steuerkolben so ausgeführt und über einen Kopplungsmechanismus so mit dem Betätigungskolben gekoppelt ist, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben eine Endstellung einnimmt. In dem Hydrauliksystem wird ein hydraulischer Betätigungsdruck beziehungsweise ein Volumenstrom zur Darstellung der Kühl- und/oder Schmierfunktion mit Hilfe einer Hydraulikpumpe bereitgestellt. Der Betätigungskolben dient zum Beispiel zum Betätigen einer Parksperre eines Kraftfahrzeugs. Durch die Kopplung des Betätigungskolbens mit dem Steuerkolben können die Betätigungsfunktion und/oder die Kühl- und/oder Schmierfunktion in dem Hydrauliksystem ohne ein aktives Umschaltelement, insbesondere ohne ein aktives Hydraulikventil, realisiert werden. Der beanspruchte Kopplungsmechanismus liefert unter anderem den Vorteil, dass der Betätigungskolben rein hydraulisch in seine Endstellung oder Endlage bewegt wird, bevor die Kühl- und/oder Schmierfunktion in dem Hydrauliksystem aktiviert wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben in einer Steuerausnehmung mit einem Kühl- und/oder Schmierzulauf hin und her bewegbar geführt ist, der von dem Steuerkolben erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben seine Endstellung einnimmt. Die Steuerausnehmung mit dem darin hin und her bewegbar geführten Steuerkolben stellt einen Hydraulikzylinder dar. Durch die Kombination des Steuerkolbens mit dem Kühl- und/oder Schmierzulauf wird vorteilhaft mit dem Steuerkolben eine Ventilfunktion dargestellt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben und der Betätigungskolben jeweils an zwei Enden mit einem hydraulischen Förderanschluss einer Reversierpumpe in Verbindung stehen. Der Steuerkolben und der Betätigungskolben dienen in dem Hydrauliksystem zur Darstellung von zwei doppelt wirkenden Hydraulikzylindern. So kann mit dem Betätigungskolben eine Betätigungsfunktion in entgegengesetzten Richtungen realisiert werden. Dabei wird durch den Kopplungsmechanismus sichergestellt, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion immer erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben eine seiner Endstellungen einnimmt. Dabei kann auf ein aktives Umschaltelement, insbesondere auf ein aktives Umschaltventil, verzichtet werden. Zwei Förderanschlüsse der Reversierpumpe werden je nach Drehrichtung der Reversierpumpe wechselweise als Saug- und Druckanschluss verwendet. Über die beiden Förderanschlüsse können sowohl der Steuerkolben als auch der Betätigungskolben abhängig von der Drehrichtung der Reversierpumpe gezielt hin und her bewegt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus eine Mitnahmevorrichtung mit einem verschwenkbaren Blockierelement umfasst, das mit einem Blockierbund an dem Betätigungskolben zusammenwirkt. So kann der Betätigungskolben auf einfache Art und Weise in eine seiner Endlagen oder Endstellungen gehalten werden, wenn die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben freigegeben ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement formschlüssig mit dem Steuerkolben verbindbar ist, um das Blockierelement in Abhängigkeit von einer translatorischen Bewegung des Steuerkolbens zu verschwenken. So kann der Betätigungskolben durch entsprechende Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens sicher in einer seiner Endlagen oder Endstellungen gehalten und bei einem Betätigungsbedarf hydraulisch dorthin bewegt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement einen kreisbogenförmigen Verzahnungsabschnitt aufweist, der mit einem geraden Verzahnungsabschnitt an dem Steuerkolben zusammenwirkt. Die Verzahnungsabschnitte sind vorzugsweise so ausgeführt und angeordnet, dass sich der Steuerkolben translatorisch ein Stück weit bewegen kann, ohne dass die beiden Verzahnungsabschnitte ineinandergreifen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement eine Blockiergeometrie mit zwei Nocken aufweist, die den Blockierbund an dem Betätigungskolben blockieren, wenn der Betätigungskolben eine seiner Endstellungen einnimmt. So wird sichergestellt, dass der Betätigungskolben eine seiner Endstellungen einnimmt, bevor die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben freigegeben wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben und der Betätigungskolben translatorische Bewegungsachsen aufweisen, die senkrecht zueinander angeordnet sind. So wird mit geringem Bauraum die Kopplung zwischen dem Steuerkolben und dem Betätigungskolben in einem gemeinsamen Gehäuse ermöglicht.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hydrauliksystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben eine Endstellung eingenommen hat. Durch den Kopplungsmechanismus in Kombination mit dem Kühl- und/oder Schmierzulauf in der Steuerausnehmung für den Steuerkolben wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der Betätigungskolben rein hydraulisch in eine seiner Endlagen oder Endstellungen bewegt wird, ohne dass dies durch einen unerwünschten Druckabfall aufgrund zu frühen Aktivierung der Kühl- und/oder Schmierfunktion in dem Hydrauliksystem beeinträchtigt wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Steuerkolben, einen Betätigungskolben und/oder einen Kopplungsmechanismus, insbesondere ein Blockierelement, für ein vorab beschriebenes Hydrauliksystem. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Pumpenaktor mit einem derartigen Hydrauliksystem.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 einen Pumpenaktor mit einem Hydrauliksystem, das eine Reversierpumpe, einen Betätigungskolben und einen Steuerkolben umfasst, der über einen Kopplungsmechanismus mit dem Betätigungskolben gekoppelt ist, in einem Querschnitt durch einen Elektromotor;
2 den Pumpenaktor aus 1 in einem Längsschnitt durch den Elektromotor; und die
3, 4; 5, 6; 7, 8; 9, 10 jeweils zwei Ausschnitte aus den 1 und 2 in verschiedenen Betriebszuständen des Pumpenaktors.

In den 1 und 2 ist ein Pumpenaktor 2 mit einem Hydrauliksystem 1 in zwei Schnittansichten dargestellt. Der Pumpenaktor 2 umfasst eine als Reversierpumpe 3 ausgeführte Hydraulikpumpe. Die Reversierpumpe 3 ist durch einen Elektromotor 4 angetrieben.
Der Pumpenaktor 2 umfasst ein Gehäuse 5, in welchem zusätzlich zu der Reversierpumpe 3 mit dem Elektromotor 4 ein Steuerkolben 10 und ein Betätigungskolben 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 5 umfasst zur Aufnahme des Steuerkolbens 10 eine Steuerausnehmung 6. In der Steuerausnehmung 6 ist der Steuerkolben 10 hin und her bewegbar zwischen zwei Endlagen oder Endstellungen angeordnet. Der Steuerkolben 10 stellt in der Steuerausnehmung 6 einen doppelt wirkenden Steuerzylinder 7 dar.
Der Betätigungskolben 20 ist in einer Betätigungsausnehmung 9 zwischen zwei Endlagen oder Endstellungen hin und her bewegbar geführt. Der Betätigungskolben 20 stellt in der Betätigungsausnehmung 9 einen doppelt wirkenden Betätigungszylinder 21 dar. Der Betätigungskolben 20 ist mit einem Blockierbund 22 ausgestattet. Darüber hinaus weist der Betätigungskolben 20 eine Betätigungsstange 23 auf.
Die Betätigungsstange 23 dient zum Beispiel zum Betätigen einer Parksperre. Die Parksperre umfasst zum Beispiel eine herkömmliche Parksperrenmechanik, die über die Betätigungsstange 23 mechanisch betätigt wird.
In 1 verläuft eine Bewegungsachse des Steuerkolbens 10 in horizontaler Richtung. Die Bewegungsachse des Steuerkolbens 10 verläuft in 2 senkrecht zur Zeichenebene. Eine Bewegungsachse des Betätigungskolbens 20 verläuft in 1 senkrecht zur Zeichenebene und in 2 in vertikaler Richtung.
Die Bewegungsachsen des Steuerkolbens 10 und des Betätigungskolbens 20 verlaufen senkrecht zueinander. Ein Kopplungsmechanismus 30 ist zwischen dem Steuerkolben 10 und dem Betätigungskolben 20 angeordnet. Der Kopplungsmechanismus 30 umfasst ein schwenkbar im Gehäuse gelagertes Blockierelement 33.
Das Blockierelement 33 hat einen kreisbogenförmigen Verzahnungsabschnitt 36. Der Steuerkolben 10 ist mit einem geraden Verzahnungsabschnitt 37 versehen. Die miteinander in Eingriff bringbaren Verzahnungsabschnitte 36, 37 dienen zur Darstellung einer Mitnahmevorrichtung 35 in dem Kopplungsmechanismus 30.
Das Blockierelement 33 weist an entgegengesetzten Enden seines Verzahnungsabschnitts 36 zwei Nocken 31, 32 auf. Die Nocken 31, 32 dienen dazu, den Betätigungskolben 20 in seinen Endstellungen oder Endlagen zu blockieren.
Die Reversierpumpe 3 weist zwei Förderanschlüsse auf, die je nach Drehrichtung der Reversierpumpe 3 wechselseitig als Sauganschluss und als Druckanschluss verwendet werden können. Die beiden Förderanschlüsse sind mit jeweils einer Seite des doppelt wirkenden Steuerkolbens 10 verbunden und können diesen somit abhängig von der Drehrichtung der Reversierpumpe 3 hin und her bewegen.
Die Steuerausnehmung umfasst, in 1 von links nach rechts betrachtet, einen Steuerkolbenzulauf 11, einen Betätigungskolbenzulauf 12, einen Kühl- und/oder Schmierzulauf 13, einen Betätigungskolbenzulauf 14 und einen Steuerkolbenzulauf 15. Über die beiden Steuerkolbenzuläufe 11 und 15 kann der Steuerkolben 10 an seinen entgegengesetzten Enden durch die Reversierpumpe 3 mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden.
Der Betätigungskolbenzulauf 14 steht über eine Kopplungsausnehmung 8 mit der Betätigungsausnehmung 9 in Verbindung. In der Kopplungsausnehmung 8 ist die Mitnahmevorrichtung 35 mit dem Blockierelement 33 angeordnet.
Der Betätigungskolben 20 kann an seinen entgegengesetzten Enden über den Betätigungskolbenzulauf 12 und den Betätigungskolbenzulauf 14 durch die Reversierpumpe 3 mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden, wenn der jeweilige Betätigungskolbenzulauf 12, 14 von dem Steuerkolben 10 freigegeben wird.
In den 1 und 2 ist ein Zustand des Pumpenaktors 2 dargestellt, in welchem sich der Steuerkolben 10 in seiner in 1 linken Endlage befindet. Der Betätigungskolben 20 befindet sich in seiner in 2 oberen Endlage. Durch einen Pfeil 41 ist in 1 angedeutet, wie Hydraulikmedium von dem Steuerkolbenzulauf 15 zu dem Kühl- und/oder Schmierzulauf 13 gelangt, um die Kühl- und/oder Schmierfunktion darzustellen.
In 3 ist durch einen Pfeil 42 angedeutet, dass der Steuerkolben 10 in seiner Steuerausnehmung 6 an seinem in 3 linken Ende über den Steuerkolbenzulauf 11 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Der Steuerkolben 10 bewegt sich in 3 nach rechts. Die Verzahnungsabschnitte 36 und 37 der Mitnahmevorrichtung 35 kommen miteinander in Eingriff.
Die eingespurten Verzahnungsabschnitte 36, 37 sorgen bei einer weiteren translatorischen Verlagerung des Steuerkolbens 10 in 3 nach rechts dafür, dass das Blockierelement 33 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Das Blockierelement 33 gibt den Blockierbund 22 an dem Betätigungskolben 20 frei. Gleichzeitig wird der Betätigungskolben 20 über den Steuerkolbenzulauf 11 und den Betätigungskolbenzulauf 12 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, in 4 von oben.
In den 5 und 6 ist gezeigt, dass sich der Betätigungskolben 20 bei einer weiteren translatorischen Verlagerung des Steuerkolbens 10 in 5 nach rechts nach unten in seine in 6 dargestellte untere Endlage verlagert. Dabei strömt Hydraulikmedium, wie durch einen Pfeil 43 in 5 angedeutet ist, von dem Steuerkolbenzulauf 11 zu dem Betätigungskolbenzulauf 12.
In 7 ist durch einen Pfeil 44 angedeutet, wie Hydraulikmedium zur Darstellung der Kühl- und/oder Schmierfunktion über den Steuerkolbenzulauf 11 und den Kühl- und/oder Schmierzulauf 13 bereitgestellt wird. Durch das Blockierelement 33 mit dem den Blockierbund 22 hintergreifenden Nocken 32 wird der Betätigungskolben 20 in seiner in 8 gezeigten unteren Endlage blockiert.
In den 9 und 10 ist durch einen Pfeil 45 angedeutet, wie der Steuerkolben 10 über den Steuerkolbenzulauf 15 an seinem in 9 rechten Ende mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Das Hydrauliksystem 1 funktioniert in der entgegengesetzten Betätigungsrichtung analog wie vorab unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben ist.
Das Grundprinzip des Pumpenaktors 2 mit dem Hydrauliksystem 1 besteht darin, dass der Kühl- und/oder Schmierzulauf 13 erst dann von dem Steuerkolben 10 freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben 20 über einen der Betätigungskolbenzuläufe 12, 14, der dann von dem Steuerkolben 10 freigegeben wird, hydraulisch in eine seiner Endlagen bewegt worden ist, in welcher Endlage der Betätigungskolben 20 dann durch den den Blockierbund 22 hintergreifenden Nocken 31 oder 32 des Blockierelements 33 gehalten wird.
Bezugszeichenliste

1: Hydrauliksystem
2: Pumpenaktor
3: Reversierpumpe
4: Elektromotor
5: Gehäuse
6: Steuerausnehmung
7: Steuerzylinder
8: Koppelausnehmung
9: Betätigungsausnehmung
10: Steuerkolben
11: Steuerkolbenzulauf
12: Betätigungskolbenzulauf
13: Kühl- und/oder Schmierzulauf
14: Betätigungskolbenzulauf
15: Steuerkolbenzulauf
20: Betätigungskolben
21: Betätigungszylinder
22: Blockierbund
23: Betätigungsstange
30: Kopplungsmechanismus
31: Nocken
32: Nocken
33: Blockierelement
35: Mitnahmevorrichtung
36: Verzahnungsabschnitt
37: Verzahnungsabschnitt
41: Pfeil
42: Pfeil
43: Pfeil
44: Pfeil
45: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018112670 A1 [0002]

Claims

Hydrauliksystem (1) mit einem Betätigungskolben (20), der zur Darstellung einer Betätigungsfunktion dient, und mit einem Steuerkolben (10), der zur Darstellung einer Kühl- und/oder Schmierfunktion dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (10) so ausgeführt und über einen Kopplungsmechanismus (30) so mit dem Betätigungskolben (20) gekoppelt ist, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben (10) erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben eine Endstellung einnimmt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (10) in einer Steuerausnehmung (6) mit einem Kühl- und/oder Schmierzulauf (13) hin und her bewegbar geführt ist, der von dem Steuerkolben (10) erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben (20) seine Endstellung einnimmt.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (10) und der Betätigungskolben (20) jeweils an zwei Enden mit einem hydraulischen Förderanschluss einer Reversierpumpe (3) in Verbindung stehen.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus (30) eine Mitnahmevorrichtung (35) mit einem verschwenkbaren Blockierelement (33) umfasst, das mit einem Blockierbund (22) an dem Betätigungskolben (20) zusammenwirkt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (33) formschlüssig mit dem Steuerkolben (10) verbindbar ist, um das Blockierelement (33) in Abhängigkeit von einer translatorischen Bewegung des Steuerkolbens (10) zu verschwenken.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (33) einen kreisbogenförmigen Verzahnungsabschnitt (36) aufweist, der mit einem geraden Verzahnungsabschnitt (37) an dem Steuerkolben (10) zusammenwirkt.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (33) eine Blockiergeometrie mit zwei Nocken (31,32) aufweist, die den Blockierbund (22) an dem Betätigungskolben (20) blockieren, wenn der Betätigungskolben (20) eine seiner Endstellungen einnimmt.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (10) und der Betätigungskolben (20) translatorische Bewegungsachsen aufweisen, die senkrecht zueinander angeordnet sind.
Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühl- und/oder Schmierfunktion durch den Steuerkolben (10) erst dann freigegeben wird, wenn der Betätigungskolben (20) eine Endstellung eingenommen hat.
Steuerkolben (10), Betätigungskolben (20) und/oder Kopplungsmechanismus (30), insbesondere Blockierelement (33), für ein Hydrauliksystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.