DE202005012885U1 - Hydraulischer Aktuator, insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem - Google Patents

Hydraulischer Aktuator, insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem Download PDF

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Abstract

Hydraulischer Aktuator (10), insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, mit einer Druckkammer (16, 18), die durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16,18) mit einem Antikavitations-Druckspeicher (26) verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer (16, 18) strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer (16, 18) zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktuator, insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, mit einer Druckkammer, die durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann.
  • Hydraulische Aktuatoren der oben genannten Art haben in vielen Bereichen der Technik ein breites Anwendungsgebiet. In der Kraftfahrzeugindustrie kommen sie u.a. in aktiven Fahrwerksystemen zum Einsatz. Die DE 101 11 551 A beschreibt eine Kolben-Zylinder-Einheit, die als Dämpfer und hydraulischer Aktuator fungiert. Gerade beim Einsatz in Systemen zur Fahrwerkstabilisierung ist durch sogenannte Fremdansteuerung des Aktuators eine Kavitationsgefahr in der Druckkammer des Aktuators gegeben. Fremdansteuerung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Aktuator nicht infolge einer Zu- oder Abfuhr von Hydraulikfluid eine Bewegung durchführt, sondern daß durch eine aufgezwungene Bewegung Hydraulikfluid zu- oder abgeführt werden muß. Aufgezwungene Bewegungen für einen hydraulischen Aktuator entstehen bei einem Einsatz in einem Fahrwerkstabilisierungssystem z.B. durch Straßenunebenheiten wie Schlaglöcher etc., denen das dem Aktuator zugeordnete Rad folgt. Eine plötzlich auftretende, erzwungene Bewegung des Aktuators kann zu einem Druckabfall in einer Druckkammer des Aktuators führen. Aufgrund der inneren Reibung und Massenträgheit des Hydraulikfluids kann es zu Kavitationserscheinungen in der Druckkammer kommen, da eine Nachführung von Hydraulikfluid über einen Hydraulikkreislauf des Aktuators nicht rechtzeitig erfolgt. Die DE 101 11 551 A schlägt zur Lösung dieses Problems vor, jede Aktuator-Arbeitskammer mit einer sogenannten Minimaldruck-Versorgungsquelle zu verbinden, aus der Hydraulikmedium nachgesaugt werden kann. Reines Nachsaugen der Aktuator-Arbeitskammer kann aber Kavitation, insbesondere bei längeren Leitungswegen des Hydraulikmediums, aufgrund der oben beschriebenen Massenträgheit des Hydraulikmediums nicht zuverlässig verhindern. Durch den Einsatz einer zusätzlichen Minimaldruck-Versorgungsquelle, beispielsweise einer Pumpe, stetig einen Druck vorzuhalten ist wiederum eine recht aufwendige Maßnahme.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kavitation in Druckkammern hydraulischer Aktuatoren mit geringem Aufwand zuverlässig zu verhindern.
  • Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck ein hydraulischer Aktuator vorgesehen, bei dem die Druckkammer mit einem Antikavitations-Druckspeicher verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer zu verhindern. Der Antikavitations-Druckspeicher ist als passives Bauelement weniger aufwendig als eine Minimaldruck-Versorgungsquelle.
  • Der Antikavitations-Druckspeicher kann das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch enthalten. Da der Inhalt des Antikavitations-Druckspeichers in die Druckkammer strömen kann, ist es sinnvoll, daß der Antikavitations-Druckspeicher dasselbe Medium wie der Hydraulikkreislauf enthält. Ein zusätzliches Gas oder Gasgemisch sorgt für ein möglichst vollständiges Ausströmen des Hydraulikfluids.
  • In einer Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher an einem Druckanschluß der Druckkammer angeschlossen. Dies bietet den Vorteil, daß kein zusätzlicher Anschluß an der Druckkammer nötig ist, gleichzeitig aber durch die Nähe zur Druckkammer die Kavitation besonders gut verhindert werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher über ein Rückschlagventil mit der Druckkammer verbunden. Dies ist eine preiswerte Möglichkeit, den Druckspeicher nur bei Bedarf, d.h. bei einem Druckabfall außerhalb des Antikavitations-Druckspeichers, zu entleeren.
  • In dieser Ausführungsform kann das Rückschlagventil so ausgebildet sein, daß es auch in einer geschlossenen Stellung einen geringen Durchfluß ermöglicht. Mit diesem geringen Durchfluß in der geschlossenen Stellung des Rückschlagventils wird der Antikavitations-Druckspeicher gefüllt. Durch ein derartiges Rückschlagventil erfolgt die Füllung des Antikavitations-Druckspeichers ohne weiteren Aufwand automatisch. Der Antikavitations-Druckspeicher kann sich ohne die Verwendung einer aktiven Druckquelle bis zum Erreichen eines Betriebsdruckes des Hydraulikkreislaufs füllen.
  • Vorzugsweise weist der Antikavitations-Druckspeicher eine Hülle aus einem elastischen Material auf. Damit kann der Antikavitations-Druckspeicher unter Aufweitung der Hülle ein gewünschtes Fluidvolumen aufnehmen und baut gleichzeitig einen Innendruck auf, der ein etwaiges Ausströmen des Fluids unterstützt.
  • In einer Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher ballonförmig. Damit ist im Bereich der Verbindungsstelle mit der Druckkammer eine kompakte Druckspeicherform gegeben.
  • In einer anderen Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher schlauchförmig. Diese Form ist bei manchen Aktuatorbauweisen aus Platzgründen vorzuziehen.
  • Der hydraulische Aktuator kann mehrere Druckkammern aufweisen, von denen der Antikavitations-Druckspeicher wenigstens zwei miteinander verbindet.
  • Damit kann die Anzahl der eingesetzten Antikavitations-Druckspeicher kleingehalten werden.
  • Der hydraulische Aktuator kann ein hydraulischer Drehantrieb oder ein hydraulischer Linearantrieb sein. Die Erfindung ist damit nicht auf spezielle Aktuatortypen beschränkt und kann bei allen gängigen hydraulischen Aktuatoren eingesetzt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigt:
  • 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators in einer ersten Ausführungsform; und
  • 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators in einer zweiten Ausführungsform.
  • 1 zeigt einen hydraulischen Aktuator 10 in Zylinder-Kolben-Bauweise, wobei ein Kolben 12 einen Zylinder 14 in eine erste Druckkammer 16 und eine zweite Druckkammer 18 unterteilt. Die erste Druckkammer 16 steht über einen ersten Druckanschluß 20 mit einer Druckquelle (nicht gezeigt) in Verbindung und kann durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden. Weiter steht die erste Druckkammer 16 über den ersten Druckanschluß 20 und ein erstes Rückschlagventil 22 mit einem ersten Ende 24 eines Antikavitations-Druckspeichers 26 in Verbindung. Gespiegelt an einer zur Achse des Zylinders 14 senkrechten Ebene steht analog die zweite Druckkammer 18 über einen zweiten Druckanschluß 28 mit einer Druckquelle (nicht gezeigt) in Verbindung und kann durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden. Auch die zweite Druckkammer 18 ist über den zweiten Druckanschluß 28 und ein zweites Rückschlagventil 30 mit dem Antikavitations-Druckspeicher 26 verbunden, genauer mit einem zweiten Ende 32 des Antikavitationsdruckspeichers 26. Der hydraulische Aktuator 10 weist also mehrere Druckkammern 16, 18 auf, und der Antikavitations-Druckspeicher 26 verbindet wenigstens zwei Druckkammern 16, 18 miteinander. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 ist in dieser Ausführungsform schlauchförmig, mit zwei offenen Enden 24, 32, an denen der Antikavitations-Druckspeicher 26 über die Rückschlagventile 22, 30 mit der jeweiligen Druckkammer 16, 18 verbunden ist. Eine Hülle 34 des Antikavitations-Druckspeichers 26 weist ein elastisches Material auf, so daß sich die Hülle 34 unter Druck ausdehnen kann und ihrerseits einen Gegendruck aufbaut. Die Hülle 34 des Antikavitations-Druckspeicher 26 kann ein weiteres Material aufweisen, das bei einem vorgegebenen Volumen eine weitere Ausdehnung oder ein Platzen des Antikavitations-Druckspeichers 26 verhindert. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 enthält das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch. Bei Vorhandensein eines Gases oder Gasgemisches wäre dieses vorzugsweise durch eine Membran vom Hydraulikfluid getrennt und würde im Antikavitations-Druckspeicher verbleiben.
  • Die Rückschlagventile 22, 30 sind so eingebaut, daß sie im Regelfall in eine geschlossene Stellung gedrückt werden. Im Regelfall heißt, daß an beiden Druckanschlüssen 20, 28 ein Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs (nicht gezeigt) anliegt und der Druck im Antikavitations-Druckspeicher 26 unter dem Betriebsdruck liegt. Die Rückschlagventile 22, 30 sind so beschaffen, daß allerdings auch in der geschlossenen Stellung ein geringer Durchfluß an Hydraulikfluid möglich ist. Durch diesen geringen Durchfluß, der sogenannten Leckage, wird der Antikavitations-Druckspeicher 26 langsam mit Hydraulikfluid gefüllt, bis er maximal den Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs erreicht.
  • In den Ausführungsformen der 1 und 2 ist der Kolben 12 mit einem (nicht gezeigten) Rad eines Kraftfahrzeuges gekoppelt, der Zylinder 14 ist an einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie befestigt. Fällt nun der Druck in einer der Druckkammern 16, 18 aufgrund einer Kolbenbewegung infolge Fremdeinwirkung plötzlich ab, so daß der Druck in der jeweiligen Druckkammer 16, 18 geringer ist, als der Druck im Antikavitations-Druckspeicher 26, wird das entsprechende Rückschlagventil in eine geöffnete Stellung gedrückt. Damit kann das im Antikavitations-Druckspeicher 26 angesammelte Hydraulikfluid über den jeweiligen Druckanschluß 20, 28 in die Druckkammer 16, 18 mit dem abgefallenen Druck strömen. Durch die räumliche Nähe des Antikavitations-Druckspeichers 26 zu den Druckkammern 16, 18 ist die Reaktion so schnell, daß der abfallende Druck den Dampfdruck nicht erreicht und somit Kavitation verhindert wird.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators 10. Der Aufbau dieses Aktuators ist identisch mit dem aus 1, bis auf die Ausgestaltung des Antikavitations-Druckspeichers 26. In dieser zweiten Ausführungsform ist jedem Rückschlagventil 22, 30 ein separater, ballonförmiger Antikavitations-Druckspeicher 26 zugeordnet, dessen Hülle wie oben bei 1 beschrieben ausgebildet ist. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 ist am Druckanschluß 20, 28 der Druckkammer 16, 18 angeschlossen. Das Funktionsprinzip entspricht dem der ersten Ausführungsform aus 1. Solange an den Druckanschlüssen 20, 28 Betriebsdruck herrscht, füllen sich die ballonförmigen Antikavitations-Druckspeicher 26 infolge der Leckage der Rückschlagventile 22, 30, bis sie selbst maximal den Betriebsdruck erreicht haben. Bei einem Druckabfall in einer der Druckkammern 16, 18 öffnet sich das der Druckkammer zugeordnete Rückschlagventil 22, 30 und ermöglicht ein Strömen des Hydraulikfluids vom Antikavitations-Druckspeicher 26 über das Rückschlagventil 22, 30, den Druckanschluß 20, 28, bis hin zur Druckkammer 16, 18. Die Druckkammer 16, 18 ist also mit einem Antikavitations-Druckspeicher 26 verbunden, dessen Inhalt in die Druckkammer 16, 18 strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation zu verhindern. Auch in dieser Ausführungsform ist eine Zylinder-Kolben-Einheit, und somit ein hydraulischer Linearantrieb gezeigt. Der erfindungsgemäße hydraulische Aktuator 10 kann allerdings ebenso ein hydraulischer Drehantrieb sein.

Claims (12)

  1. Hydraulischer Aktuator (10), insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, mit einer Druckkammer (16, 18), die durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16,18) mit einem Antikavitations-Druckspeicher (26) verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer (16, 18) strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer (16, 18) zu verhindern.
  2. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch enthält.
  3. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) an einem Druckanschluß (20, 28) der Druckkammer (16, 18) angeschlossen ist.
  4. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) über ein Rückschlagventil (22, 30) mit der Druckkammer (16, 18) verbunden ist.
  5. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (22, 30) so ausgebildet ist, daß es auch in einer geschlossenen Stellung einen geringen Durchfluß ermöglicht.
  6. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) durch den geringen Durchfluß in der geschlossenen Stellung des Rückschlagventils (22, 30) gefüllt wird.
  7. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülle (34) des Antikavitations-Druckspeichers (26) ein elastisches Material aufweist.
  8. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) ballonförmig ist.
  9. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) schlauchförmig ist.
  10. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Aktuator (10) mehrere Druckkammern (16, 18) aufweist, und der Antikavitations-Druckspeicher (26) wenigstens zwei Druckkammern (16, 18) miteinander verbindet.
  11. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (10) ein hydraulischer Drehantrieb ist.
  12. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (10) ein hydraulischer Linearantrieb ist.
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