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Die
Erfindung betrifft einen Antikavitations-Fluidspeicher für Hydraulikkreisläufe.
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Fluidspeicher
sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere in
Hydraulikkreisläufen
zur raschen Bereitstellung von fehlendem Hydraulikfluid oder zur
raschen Aufnahme von überschüssigem Hydraulikfluid
eingesetzt. In Systemen zur Fahrwerkstabilisierung ist durch sogenannte Fremdansteuerung
eines Aktuators eine Kavitationsgefahr in einer Druckkammer des
Aktuators gegeben. Fremdansteuerung bedeutet in diesem Zusammenhang,
daß der
Aktuator nicht infolge einer Zu- oder Abfuhr von Hydraulikfluid
eine Bewegung durchführt
(Druckansteuerung), 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. Im Zusammenhang mit
einer möglichen Fremdansteuerung
eines hydraulischen Aktuators ist es zur Vermeidung von Kavitation
besonders wichtig, für
eine schnelle Hydraulikzufuhr zu sorgen. Infolge der inneren Reibung
und Massenträgheit
des Hydraulikfluids müssen
hierfür
besondere Vorkehrungen getroffen werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, das Kavitationsproblem mit möglichst
geringem technischen Aufwand zu lösen.
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Zu
diesem Zweck ist ein Antikavitations-Fluidspeicher für Hydraulikkreisläufe vorgesehen,
mit einem Gehäuse,
das einen Speicherraum umschließt, sowie
einem bewegbaren Absperrelement, das im Speicherraum angeordnet
ist und fluiddicht eine Fluidkammer mit variablem Volumen begrenzt.
Dabei ist eine erste Seite des Absperrelements mit Atmosphärendruck
und eine zweite Seite des Absperrelements mit dem Betriebsdruck
des Hydraulikkreislaufs beaufschlagt. Dies bietet den Vorteil, daß der Antikavitations-Fluidspeicher
mittels seiner Fluidkammer ein Fluidvolumen zur Verhinderung der
Kavitation zur Verfügung
stellen kann. Des weiteren ist der Antikavitations-Fluidspeicher
ein einfaches, passives Bauelement und ohne Probleme in einen Hydraulikkreislauf
integrierbar.
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Der
Fluidspeicher ist bevorzugt nahe der kavitationsgefährdeten
Stelle mit dem Hydraulikkreislauf verbunden. Durch die Nähe zur kavitationsgefährdeten
Stelle sind die Einflüsse
aus innerer Reibung und Massenträgheit
des Hydraulikfluids gering, was eine Verhinderung von Kavitationserscheinungen
erleichtert.
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Darüber hinaus
ist eine Integration des Fluidspeichers in einen kavitationsgefährdeten
Aktuator möglich.
Damit bilden Fluidspeicher und Aktuator eine vormontierbare Baueinheit,
und es sind keine zusätzlichen
Anschlüsse
für separate
Fluidspeicher im Hydraulikkreislauf nötig.
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Die
fluiddichte Kammer des Antikavitations-Fluidspeichers ist vorzugsweise
mit Hydraulikfluid gefüllt,
wodurch keine getrennten Fluidkreisläufe notwendig sind, sondern
ein direkter Anschluß der fluiddichten
Kammer an den Hydraulikkreislauf problemlos möglich ist.
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Das
Absperrelement kann innerhalb des Gehäuses neben der fluiddichten
Kammer auch einen Luftraum festlegen, der mit der Umgebung in Verbindung
steht und genau wie die fluiddichte Kammer ein variables Volumen
aufweist. Vorzugsweise steht dieser Luftraum über einen Filter mit der Umgebung
in Verbindung. Durch diese Maßnahme
wird eine Verunreinigung des Speicher raums verhindert und eine dauerhafte
fluiddichte Begrenzung der Kammer durch das bewegbare Absperrelement
ermöglicht.
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In
einer Ausführungsform
erstreckt sich ein Federelement durch die fluiddichte Kammer oder
den Luftraum und übt
eine Kraft auf eine druckbeaufschlagte Seite des Absperrelements
aus. Durch ein solches Federelement kann eine Druckdifferenz, ab der
sich das Absperrelement in Bewegung setzt, bedarfsgerecht gesteuert
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Gehäuse
einen Zylinder auf, und das bewegbare Absperrelement ist ein Kolben,
der zwischen zwei Anschlagpunkten des Zylinders bewegbar ist. Zylinder/Kolben-Einheiten
haben sich zur Begrenzung fluiddichter Kammern mit variablem Volumen
bewährt und
erlauben über
Anschlagpunkte des Zylinders eine einfache Festlegung der Speicherraumgröße.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Absperrelement eine elastische Membran. Da die elastische
Membran unter zunehmender Belastung eine wachsende Kraft entgegen
ihrer Ausdehnungsrichtung ausbildet, ersetzt eine entsprechend beschaffene
Membran ein alternatives Absperrelement und eine möglicherweise
eingebaute Feder.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
und aus den beigefügten
Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Antikavitations-Fluidspeicher,
der über
einen ebenfalls geschnittenen Druckanschluß mit einer schematisch dargestellten
Zylinder/Kolben-Einheit verbunden ist; und
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Zylinder eines Aktuators mit einem integrierten, erfindungsgemäßen Antikavitations-Fluidspeicher.
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Die 1 zeigt
schematisch eine Zylinder/Kolben-Einheit 8 mit einem Druckanschluß 10, wobei
an eine zugehörige
Druckleitung 12, nahe des Druckanschlusses 10,
ein Antikavitations-Fluidspeicher 14 angeschlossen ist.
Der Fluidspeicher 14 weist ein Gehäuse 16 auf, das einen
Speicherraum umschließt.
Das Gehäuse 16 ist
im vorliegenden Fall zylinderförmig
und wird in axialer Richtung auf der einen Seite von einem Gehäuseboden
begrenzt und auf der anderen Seite von einem Verbindungsstopfen 18.
Zwischen diesem Gehäuseboden
und dem Verbindungsstopfen 18 kann sich innerhalb des Zylinders
ein Absperrelement, z.B. ein Kolben 20, in axialer Richtung
bewegen. Sowohl der Verbindungsstopfen 18 wie auch der
Gehäuseboden
weisen jeweils eine axiale Bohrung 21, 22 auf,
so daß der
Speicherraum über
den Verbindungsstopfen 18 mit dem Hydraulikkreislauf und über den
Gehäuseboden
mit der Umgebung verbunden ist. Der Kolben 20 unterteilt den
Speicherraum in eine Fluidkammer 23 und einen Luftraum 24 (vgl. 2),
wobei der Kolben 20 die Fluidkammer 23 über eine
Ringdichtung 26 fluiddicht begrenzt.
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In
der 1 ist beispielhaft eine kavitationsgefährdete Zylinder/Kolben-Einheit dargestellt,
wobei der Antikavitations-Fluidspeicher 14 so angeordnet ist,
daß die
Fluidkammer mit dem Hydraulikkreislauf nahe der kavitationsgefährdeten
Stelle verbunden ist. Über
den Verbindungsstopfen 18 ist die Fluidkammer direkt mit
dem Hydraulikkreislauf verbunden und mit Hydraulikfluid gefüllt. Somit
liegt an einer Kolbenfläche,
die dem Verbindungsstopfen 18 zugewandt ist, stets der
Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs an. An der entgegengesetzten
Seite des Kolbens 20, also an der Seite, die dem Gehäuseboden
zugewandt ist, liegt Atmosphärendruck
an, da über
die axiale Bohrung 22 im Gehäuseboden eine Verbindung zur
Umgebung besteht.
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In
der Regel liegt der Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs deutlich
höher als
der Atmosphärendruck,
so daß in 1 der
Kolben 20 in einer Stellung gezeichnet ist, die er im Normalfall
einnimmt. Der Kolben 20 befindet sich am Anschlagpunkt
in der Nähe
des Gehäusebodens,
und die Fluidkammer 23 hat ihr größtmögliches Volumen. Der Luftraum 24 erreicht
sein minimales Volumen, das nahe Null liegt.
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Vor
dem Auftreten von Kavitationserscheinungen muß der Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs
deutlich unter den Atmosphärendruck
abfallen. In diesem Fall bewegt sich der Kolben 20 in Richtung zum
Verbindungsstopfen 18, bis er im Extremfall maximal den
Anschlagpunkt in der Nähe
des Verbindungsstopfens 18 erreicht hat. Die Fluidkammer 23 hat
in diesem Fall ihr minimales Volumen; das vorher in ihr vorhandene
Hydraulikfluid wurde zur Kavitationsverhinderung in den Hydraulikkreislauf
abgegeben. Der Luftraum 24 erreicht sein maximales Volumen
und nimmt Umgebungsluft auf. Um den Bewegungsbeginn des Kolbens
unabhängiger
vom Umgebungsdruck zu machen, ist der Einbau eines Federelements 28 möglich.
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In
der 1 erstreckt sich das Federelement 28 vom
Verbindungsstopfen 18 durch die Fluidkammer 23 bis
zum Kolben 20 und übt
dort eine Kraft auf die mit dem Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs beaufschlagte
Kolbenfläche
aus. Gewöhnlich
werden Druckfedern als Federelement 28 verwendet, was im vorliegenden
Fall bedeutet, daß der
Betriebsdruck des Hydrauliksystems deutlicher unter den Atmosphärendruck
fallen muß als
ohne den Einbau der Feder, um eine Bewegung des Kolbens hervorzurufen. Das
Federelement 28 kann selbstverständlich auch zwischen dem Gehäuseboden
und dem Kolben 20 angeordnet sein. Bei Einsatz einer Druckfeder
würde dies
bedeuten, daß sich
der Kolben 20 bereits bei einem Abfall des Betriebsdrucks
auf einen Wert, der über
dem Atmosphärendruck
liegt, bewegt. Der Einsatz einer Zugfeder als Federelement 28 ist
natürlich ebenso
denkbar.
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Die 2 zeigt
ein Zylinderrohr 30 einer Zylinder/Kolben-Einheit mit einem
integrierten Antikavitations-Fluidspeicher 14. Auch in
dieser integrierten Bauweise ist der Kolben 20 analog zu 1 in
dem Gehäuse 16 geführt. Das
Gehäuse 16 ist
in 2 allerdings so ausgeführt, daß es das Zylinderrohr 30 an einer
Stirnseite verschließt.
Der Speicherraum steht über
radiale Bohrungen 32 im Gehäuse 16 mit dem Inneren
des Zylinders in Verbindung und über
eine axiale Bohrung 22 mit der Umgebung. Genauer gesagt
befindet sich diese axiale Bohrung 22 in einer Abdeckplatte 34 des
Gehäuses 16,
die den zylinderförmigen Innenraum
des Gehäuses 16 ansonsten verschließt. In dieser
Bohrung 22 kann ein Filter 36 aufgenommen sein,
der das Gasgemisch aus der Umgebung, in der Regel also Luft, vor
dem Eintritt in den Speicherraum reinigt. Dies trägt zu einem
problemlosen Gleiten des Kolbens 20 an einer Innenseite
des Gehäuses 16 und
zu einer längeren
Lebensdauer sowie besseren Dichtwirkung der Ringdichtung 26 bei.
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Alternativ
zu den Ausführungsformen
nach 1 und 2 ist das Absperrelement in
weiteren Ausführungsformen
eine elastische Membran, das den Kolben 20 mitsamt dem
eventuell vorhandenen Federelement 28 ersetzt. Die Membran
ist randseitig an der Umfangswand des Gehäuses 16 befestigt
und kann sich ansonsten innerhalb des Vorratsraums bewegen. Das
Gehäuse 16 verhindert
in diesem Fall eine unerwünscht
große
Ausbreitung oder gar ein Platzen der Membran. Im Übrigen gleicht
das Funktionsprinzip des Fluidspeichers 14 weitgehend dem der
oben beschriebenen Ausführungsform
mit Kolben und Federelement.