DE202005017434U1

DE202005017434U1 - Anti-cavitation fluid reservoir

Info

Publication number: DE202005017434U1
Application number: DE200520017434
Authority: DE
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: WO2007054282A1

Abstract

Antikavitations-Fluidspeicher (14) für Hydraulikkreisläufe mit einem Gehäuse (16), das einen Speicherraum umschließt, sowie einem bewegbaren Absperrelement, das im Speicherraum angeordnet ist und eine Fluidkammer (22) mit variablem Volumen fluiddicht begrenzt, wobei eine erste Seite des Absperrelements mit Atmosphärendruck und eine zweite Seite des Absperrelements mit dem Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs beaufschlagt ist.Anti-cavitation fluid reservoir (14) for hydraulic circuits with a housing (16), which encloses a storage space, as well as a movable Shut-off element, which is arranged in the storage space and a fluid chamber (22) fluid-tight limited variable volume, wherein a first Side of the atmospheric pressure shut-off element and a second side the shutoff with the operating pressure of the hydraulic circuit is charged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antikavitations-Fluidspeicher für Hydraulikkreisläufe.The The invention relates to an anti-cavitation fluid reservoir for hydraulic circuits.

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.fluid reservoir are known from the prior art and are used in particular in Hydraulic circuits for the rapid provision of missing hydraulic fluid or rapid absorption of excess hydraulic fluid used. In systems for chassis stabilization is by so-called third-party control an actuator a Kavitationsgefahr in a pressure chamber of the Actuator given. External triggering in this context means that the Actuator not due to an increase or decrease of hydraulic fluid makes a move (Pressure control), but that by a forced movement hydraulic fluid to be added or removed got to. imposed Movements for a hydraulic actuator arise when used in a Chassis stabilization system e.g. by uneven roads such as potholes etc., where the wheel associated with the actuator follows. In connection with a possible external control a hydraulic actuator is to prevent cavitation especially important for to provide a quick hydraulic supply. As a result of internal friction and inertia of the hydraulic fluid therefor special precautions are taken.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Kavitationsproblem mit möglichst geringem technischen Aufwand zu lösen.task The invention is the Kavitationsproblem with possible to solve little technical effort.

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.To For this purpose, an anti-cavitation fluid reservoir is provided for hydraulic circuits, with a housing, which encloses a storage space, as well a movable shut-off arranged in the storage space is and fluid-tight confines a fluid chamber with variable volume. Here is a first side of the shut-off element with atmospheric pressure and a second side of the shut-off element with the operating pressure of the hydraulic circuit acted upon. This offers the advantage that the Antikavitations fluid storage by means of its fluid chamber, a volume of fluid to prevent the Cavitation available can make. Furthermore, the Antikavitations fluid storage a simple, passive component and without problems in a hydraulic circuit integrated.

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.Of the Fluid storage is preferred near the cavitation vulnerable Place connected to the hydraulic circuit. Due to the proximity to the cavitation-endangered Spot are the influences from internal friction and inertia of the hydraulic fluid low, preventing cavitation phenomena facilitated.

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.Furthermore is an integration of the fluid reservoir into a cavitation-endangered one Actuator possible. Thus fluid reservoir and actuator form a preassembled unit, and there are no additional ones connections for separate Fluid reservoir in the hydraulic circuit needed.

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.The fluid-tight chamber of the anti-cavitation fluid reservoir is preferred filled with hydraulic fluid, whereby no separate fluid circuits are necessary, but a direct connection of the fluid-tight Chamber to the hydraulic circuit is easily possible.

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.The Shut-off may be within the housing adjacent to the fluid-tight Chamber also define an airspace that communicates with the environment stands and, like the fluid-tight chamber, a variable volume having. Preferably, this air space is via a filter with the environment in connection. By this measure contamination of the storage space is prevented and a lasting fluid-tight boundary of the chamber by the movable shut-off allows.

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.In an embodiment a spring element extends through the fluid-tight chamber or the airspace and practice a force on a pressurized side of the shut-off element out. By such a spring element, a pressure difference, from the the shut-off element sets in motion, controlled as needed become.

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.In a preferred embodiment shows the case a cylinder, and the movable shut-off element is a piston, which is movable between two attachment points of the cylinder. Cylinder / piston units have to limit fluid-tight chambers with variable volume proven and allow over Lifting points of the cylinder a simple determination of the storage space size.

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.In a further embodiment the shut-off element is an elastic membrane. Because the elastic Membrane under increasing load against a growing force their extension direction, replaces a suitably procured Diaphragm an alternative shut-off element and possibly one built-in spring.

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:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments and from the attached Drawings to which reference is made. In the drawings show:

1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Antikavitations-Fluidspeicher, der über einen ebenfalls geschnittenen Druckanschluß mit einer schematisch dargestellten Zylinder/Kolben-Einheit verbunden ist; und 1 a section through an anti-cavitation fluid reservoir according to the invention, via a likewise cut pressure port with a cylinder / piston unit shown schematically connected is; and

2 einen Längsschnitt durch einen Zylinder eines Aktuators mit einem integrierten, erfindungsgemäßen Antikavitations-Fluidspeicher. 2 a longitudinal section through a cylinder of an actuator with an integrated, according to the invention anti-cavitation fluid reservoir.

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.The 1 schematically shows a cylinder / piston unit 8th with a pressure connection 10 , wherein an associated pressure line 12 , near the pressure connection 10 , an anti-cavitation fluid storage 14 connected. The fluid reservoir 14 has a housing 16 which encloses a storage space. The housing 16 is in the present case cylindrical and is bounded in the axial direction on one side by a housing bottom and on the other side by a connecting plug 18 , Between this housing bottom and the connecting plug 18 can inside the cylinder a shut-off, eg a piston 20 , move in axial direction. Both the connection plug 18 as well as the housing bottom each have an axial bore 21 . 22 on, so that the storage space on the connecting plug 18 connected to the hydraulic circuit and via the housing bottom to the environment. The piston 20 divides the storage space into a fluid chamber 23 and an airspace 24 (see. 2 ), the piston 20 the fluid chamber 23 over a ring seal 26 limited fluid-tight.

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.In the 1 an example cavitation endangered cylinder / piston unit is shown, wherein the Antikavitations fluid reservoir 14 is arranged so that the fluid chamber is connected to the hydraulic circuit near the cavitation endangered site. About the connection plug 18 the fluid chamber is directly connected to the hydraulic circuit and filled with hydraulic fluid. Thus lies on a piston surface which is the connecting plug 18 facing, always the operating pressure of the hydraulic circuit. At the opposite side of the piston 20 , So on the side facing the housing bottom, is at atmospheric pressure, there on the axial bore 22 There is a connection to the environment in the case back.

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.In general, the operating pressure of the hydraulic circuit is significantly higher than the atmospheric pressure, so that in 1 The piston 20 is drawn in a position that he normally occupies. The piston 20 is located at the anchor point near the housing bottom, and the fluid chamber 23 has her largest possible volume. The airspace 24 reaches its minimum volume, which is close to zero.

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.Before the occurrence of cavitation phenomena, the operating pressure of the hydraulic circuit must drop well below the atmospheric pressure. In this case, the piston moves 20 towards the connection plug 18 until, in extreme cases, it reaches a maximum of the attachment point in the vicinity of the connection plug 18 has reached. The fluid chamber 23 in this case has its minimum volume; the hydraulic fluid previously present in it was released into the hydraulic circuit for cavitation prevention. The airspace 24 reaches its maximum volume and absorbs ambient air. To make the start of the movement of the piston independent of the ambient pressure, is the installation of a spring element 28 possible.

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.In the 1 the spring element extends 28 from the connection plug 18 through the fluid chamber 23 to the piston 20 and exerts there a force on the acted upon by the operating pressure of the hydraulic circuit piston surface. Usually compression springs are used as a spring element 28 used, which means in the present case, that the operating pressure of the hydraulic system must fall more clearly below the atmospheric pressure than without the installation of the spring, to cause a movement of the piston. The spring element 28 Of course, also between the housing bottom and the piston 20 be arranged. When using a compression spring, this would mean that the piston 20 already at a drop in the operating pressure to a value which is above atmospheric pressure moves. The use of a tension spring as a spring element 28 is of course also conceivable.

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.The 2 shows a cylinder tube 30 a cylinder / piston unit with an integrated anti-cavitation fluid reservoir 14 , Also in this integrated design is the piston 20 analogous to 1 in the case 16 guided. The housing 16 is in 2 However, so executed that it is the cylinder tube 30 closes at one end. The storage space is via radial bores 32 in the case 16 in communication with the interior of the cylinder and via an axial bore 22 with the environment. More precisely, this axial bore is located 22 in a cover plate 34 of the housing 16 forming the cylindrical interior of the housing 16 otherwise closes. In this hole 22 can be a filter 36 be included, which cleans the gas mixture from the environment, usually air, before entering the storage space. This contributes to a smooth sliding of the piston 20 on an inside of the housing 16 and to a longer life and better sealing effect of the ring seal 26 at.

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.As an alternative to the embodiments according to 1 and 2 In other embodiments, the shut-off element is an elastic membrane that seals the piston 20 together with the possibly existing spring element 28 replaced. The membrane is on the edge of the peripheral wall of the housing 16 attached and can otherwise move within the pantry. The housing 16 prevents in this case an undesirably large spread or even a burst of the membrane. Incidentally, the operating principle of the fluid reservoir is similar 14 much of the embodiment described above with piston and spring element.

Claims

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) for hydraulic circuits with a housing ( 16 ), which encloses a storage space, and a movable shut-off element, which is arranged in the storage space and a fluid chamber ( 22 ) with a variable volume fluid-tight, wherein a first side of the shut-off element is acted upon with atmospheric pressure and a second side of the shut-off element with the operating pressure of the hydraulic circuit.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the fluid chamber ( 22 ) is connected to the hydraulic circuit near the cavitation endangered site.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid reservoir ( 14 ) is integrated in a cavitation-prone actuator.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid chamber ( 22 ) is filled with hydraulic fluid.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off element the fluid chamber ( 22 ) and an airspace ( 24 ) within the housing which communicates with the environment and just like the fluid chamber ( 22 ) has a variable volume.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to claim 5, characterized in that the air space ( 24 ) communicates with the environment via a filter.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to claim 5 or 6, characterized in that a spring element ( 28 ) through the fluid chamber ( 22 ) or the airspace ( 24 ) and exerts a force on a pressurized side of the shut-off element.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 16 ) has a cylinder and the shut-off element is a piston which is movable between two attachment points within the cylinder.

Anti-cavitation fluid storage ( 14 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shut-off element is an elastic membrane.