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Hydraulische Anlage für ein Kraftfahrzeug
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Anlage für ein Kraftfahrzeug
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus
den DE-OS 24 19 010 sowie 30 10 672 bekannt ist.
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In derartigen Hydraulikanlagen eingesetzte Förderpumpen, z. B. Kolbenpumpen,
erzeugen beim Arbeiten Druckstöße, welche sich in den geförderten Druckmitteln und
deren Rohrleitungen fortpflanzen. Durch diese Pulsationen des Förderstromes treten
während des Pumpenbetriebes nach Erreichen des vorgegebenen Anlagendruckes, d. h.
nach dem Wirksamwerden des Steuerventils und nach Schließen des Rückschlagventils
häufig als unangenehm empfundene störende Geräusche auf, die insbesondere durch
Rückwirkungen zwischen der Förderpumpe und dem Steuerventil hervorgerufen oder aber
verstärkt sind.
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Eine Abhilfe könnte darin bestehen, daß man den Pumpenstrom durch
der Förderpumpe nachgeschaltete dämpfende Glieder, z. B. Interferenzdämpfer, glättet
oder daß man das Steuerventil selbst dämpft Derartige Lösungen sind konstruktiv
jedoch vergleichsweise aufwendig und teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Anlage
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art ohne wesentlichen Aufwand
und unter Beibehaltung der grundlegenden Funktionsweise so zu verbessern, daß durch
die stoßweise Förderung der Förderpumpe hervorgerufene störende Geräusche beseitigt,
zumindest aber stark verringert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird also der sowieso vorhandene Druckspeicher der
hydraulischen Anlage zur Schwingungsdämpfung des Steuerventils und der Förderpumpe
herangezogen, indem durch Einsatz eines entsperrbaren Rückschlagventils dafür gesorgt
wird, daß auch nach Erreichen des vorgeschenen Anlagendruckes, wenn also das Steuerventil
druckregelnd wirksam wird, die dann sonst durch das Rückschlagventil unterbrochene
Verbindung zwischen dem Druckspeicher einerseits und dem Steuerventil sowie der
Förderpumpe andererseits offengehalten wird, wodurch eine vorzügliche Schwingungsdämpfung
bewirkt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Anhand einiger in der Zeichnung wiedergegebener Ausführungsbeispiele
wird die Erfindung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen, in zum Teil schematischer Darstellung, Fig.
1 die Schaltungsanordnung einer hydraulischen Anlage für Kraftfahrzeuge mit einem
über eine Förderpumpe gespeisten Druckspeicher und einem entsperrbaren Rückschlagventil,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine die Funktion verschiedener Ventile, insbesondere
des entsperrbaren Rückschlagventils, vereinigende Ventilvorrichtung, wie sie in
Fig. 1 strichpunktiert eingerahmt ist, Fig. 3 einen um 900 gedrehten Längsschnitt
durch diese Ventilvorrichtung und
Fig 4. den Längsschnitt einer
weiteren mehrere Ventilfunktionen vereinigenden Ventilvorrichtung.
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Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte hydraulische Schaltungsanordnung
stellt eine hydraulische Anlage eines Kraftfahrzeugs dar, in der eine Speicherhydraulikanlage
und eine Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage miteinander kombiniert sind und mittels
einer beiden gemeinsamen Förderpumpe 2 aus einem gemeinsamen hydraulischen Vorratsbehälter
1 mit dem benötigten Druckmittel versorgt werden. Die Speicherhydraulikanlage umfaßt
einen vorrangig mit Druckmittel zu versorgenden hydraulischen Verbraucher 4 sowie
einen diesen speisenden Druckspeicher 5 beliebiger Bauweise. Beim aus dem Druckspeicher
5 gespeisten Verbraucher 4 kann es sich beispielsweise um einen hydraulischen Bremskraftverstärker
handeln, welcher einen hydraulischen Hauptbremszylinder der Fahrzeug-Bremsanlage
beaufschlagt. Der hydraulische Verbraucher 4 und der Druckspeicher 5 sind über ein
ihnen vorgeschaltetes Rückschlagventil 6 ständig mit der Förderpumpe 2 verbunden.
Dieses Rückschlagventil 6 ist so angeordnet, daß es - normalerweise - einen Druckmittelstrom
in Richtung Förderpumpe 2 verhindert.
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Zwischen der Förderpumpe 2 und dem Rückschlagventil 6 greift ein Steuerventil
12 an, welches den Anlagendruck, d. h. den Speicherdruck in bekannter Weise regelt.
Hierzu kann im Prinzip jedes geeignete bekannte Steuerventil eingesetzt werden.
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Wenn die Förderpumpe 2 - wie im gezeigten- Ausführungsbeispiel - nicht
nur eine Speicherhydraulikanlage, sondern - wie gestrichelt angedeutet -gleichzeitig
noch eine Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage zu versorgen hat, dann ist als Steuerventil
12 jedoch ein Ventil einzusetzen, welches nicht nur als Druckregelventil, sondern
gleichzeitig auch als Vorzugs- bzw. Prioritätenventil arbeitet. Insbesondere kann
hier dann ein z. B. aus der DE-OS 30 10 672 bekanntes Steuerventil eingesetzt werden.
Durch dieses Steuerventil wird dann der gesamte Förderstrom der Förderpumpe nach
Bedarf entweder dem mit dem Druckspeicher 5 verbundenen Hauptverbraucher 4 oder
dem Nebenverbraucher
7 zugeleitet, und dabei die vorrangige Versorgung
des Hauptverbrauchers 4, z. B. der Bremskraftanlage des Fahrzeuges, mit Druckniittel
gewährleistet Beim Verbraucher 7 der Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage kann
es sich z. B. um eine hydraulische Niveauregulierungsanlage o. ä. handeln, die natürlich
im Gegensatz zu einem Bremskraftverstärker nicht ständig mit Druckmittel beaufschlagt
werden können muß, so daß eine mehr oder weniger kurzzeitige vorrangige Versorgung
der Speicherhydraulikanlage mit dem Verbraucher 4 für die Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage
mit dem Verbraucher 7 nicht nachteilig ist.
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Das Steuerventil 12 ist in bekannter Weise so bemessen, daß bei Erreichen
eines dem vorgesehenen Nennarbeitsdruck des Druckspeichers 5 entsprechenden Druckwertes
des Druckmittels an der Angriffsstelle des Stell rven elit Vei vo!ii Steuerventil
zuvt,r gesperrte Leitungsverbilldullg zwischcn der 1 örderpumpe 2 und dem Verbraucher
7 des Durchlaufhydrauliksystems freigegeben wird, so daß das von der Förderpumpe
2 geförderte Druckmittel nicht mehr zum - nunmehr aufgeladenen - Druckspeicher 5,
sondern über die mit 8 bezifferte Hochdruckleitung zum Verbraucher 7 der Durchflußhydraulikanlage
geleitet werden kann.
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Bei bekannten hydraulischen Anlagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art schließt bei dieser Konstellation das in der Leitungsverbindung
zum Druckspeicher 5 und dem Verbraucher 4 liegende Rückschlagventil 6, so daß der
Druckspeicher 5 von der Förderpumpe sowie vom Steuerventil 12 abgekoppelt ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun als Rückschlagventil ein
entsperrbares Rückschlagventil 6 eingesetzt, welches derart ausgebildet und bemessen
ist, daß es mit einsetzendem Förderstrom der Förderpumpe 2 öffnet und bei Aussetzen
des Förderstromes wieder schließt, so daß auch nach Erreichen des vorgesehenen Nennarbeitsdruckes
des Druckspeichers 5, wgnn also das Steuerventil 12 regelnd wirksam wird, eine druckmäßige
Verbindung zwischen dem Druckspeicher 5 und der Förderpumpe 2 sowie dem Steuerventil
12, einschließlich des zugehörigen Druckleitungssystems, aufrechterhalten bleibt.
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Die während dieser Betriebsphase (Druckspeicher geladen, Steuerventil
regelnd wirksam) sonst häufig auftretenden störenden Geräusche infolge von Druckmittelpulsationen,
die durch Rückkopplungseffekte u. ä. zwischen Förderpumpe und Steuerventil mitunter
stark verstärkt werden, werden durch das zwangsweise Offenhalten der Leitungsverbindung
zurn Druckspeicher 5 wirkungsvoll unterdrückt Der Druckspcicher 5 wird hierbei als
pulsations- und schwingungsminderndes Dämpfungselement wirksam.
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Beim Aussetzen des Förderstromes, d. h. bei Ausfall der Förderpumpe
2 oder beim Stillsetzen des die Förderpumpe antreibenden Antriebsmotors 3, schließt
das Rückschlagventil 6 wieder in gewohnter Weise, so daß Druckverluste des Speichers
über die Pumpenleitung 11 oder über das Steuerventil 12 in gewohnter Weise sicher
verhindert werden.
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Das vorbeschriebene Offenhalten und Wiederschließen des entsperrbaren
Rückschlagventils 6 kann natürlich in vielfältiger Weise realisiert werden. Beispielsweise
wäre es möglich, das entsperrbare Rückschlagventil in Abhängigkeit vom Betrieb der
Förderpumpe 2 elektro-magnetisch zu steuern, was in Fig. 1 durch die mit 33 bezifferte
gestrichelte Wirkungsverbindung zwischen Förderpumpe 2 und Rückschlagventil 6 angedeutet
ist. Das entsperrbare Rückschlagventil kann jedoch auch druckgesteuert werden, indem
z. B. innerhalb der von der Förderpumpe 2 zum Rückschlagventil 6 führenden Hydraulikleitung
31 - hinter der Angriffsstelle des Steuerventils 12 -ein vom Förderstrom der Förderpumpe
beaufschlagtes hydraulisches Kolbenglied vorgesehen wird, welches mit dem Ventilglied
des Rückschlagventils 6 in einer dieses bei einsetzendem Förderstrom von seinem
Ventilsitz abhebenden Verbindung steht.
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In den Figuren 2 bis 4 sind zwei verschiedene Ventilvorrichtungen
13 dargestellt, bei denen das Steuerventil 12, das entsperrbare Rückschlagventil
6 und ein solches hydraulisches Kolbenglied zu einer baulichen Einheit vereinigt
sind. Diese bauliche Einheit umfaßt im wesentlichen die in Fig. 1 strichpunktiert
eingegrenzten Bauelemenge.
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Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ventilvorrichtung 13 weist
einen Pumpenanschluß 22 (Fig. 3), einen Speicheranschluß 23, einen Druckmittelanschluß
21 zum Hauptverbraucher 4, einen Druckmittelanschluß 18 zum Verbraucher 7 der Umlauf-bzw.
Durchflußhydraulikanlage sowie einen Druckmittelrücklaufanschluß 20 auf.
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Diese Anschlüsse sind in Fig. 1 angedeutet und in entsprechender Weise
beziffert.
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Wie bereitstzuvor erwähnt sind in der Ventilvorrichtung 13 das Steuerventil
12, das Rüskschlagventil 6 sowie das die Entsperrung des Rückschlagventiles steuernde
hydraulische Kolbenglied, welches mit 24 beziffert ist, vereinigt.
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Die Bau- und Funktionsweise des Steuerventils entspricht hierbei der
des z. B. aus der DE-OS 30 10 672 bekannten speziellen Steuerventils, bei dem ein
Ventilkolben im Zusammenwirken mit einer Federvorrichtung und zwei Steuerdurcwhlässen
zum einen den Anlagendruck (Speicherdruck) regelt und zum andern als die Gesamtanlage
vor einer druckmäßigen Überlastung schützendes Druckbegrenzungsventil wirkt. Da
die Funktionsweise dieses oder eines statt dessen eingesetzten anderen bekannten
Steuerventils für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ohne Bedeutung ist,
wird dieses Steuerventil und seine Funktionsweise nachstehend nicht weiter erläutert.
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In der Ventilvorrichtung 13 sind das Steuerventil 12 und das hydraulische
Kolbenglied 24 nebeneinander in einer gemeinsamen Längsbohrung der Ventilvorrichtung
angeordnet. Das vom Steuerventil 12 abgekehrte Ende des Kolbengliedes 24 trägt dabei
einen mechanischen Stößel 26, welcher im Ruhezustand, der in denFiguren 2 bis 4
dargestellt ist, in geringem Abstand vom Ventilglied 6.1 des als Kugelventil ausgebildeten
Rückschlagventils 6 endet.
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Wie den Figuren 3 und 4 zu entnehmen ist, ist das hydraulische Kolbenglied
24 derart ausgebildet und in Höhe des Pumpenanschlusses 22 räumlich derart angeorinet,
daß es in seiner Grundstellung die Verbindung vom Pumpenanschluß 22 sowohl zum Rückschlagventil
6 als auch zum Ventilkolben 14 des SteuerVentils 12 unterbricht. Das hydraulische
Kolbenglied 24 ist dabei als axial vXerschiebbar in einer Längsbohrung oder einer
zylindrischen Führungshülse der Ventilvorrichtung 13 gelagerter hohlzylindrischer
Stufenkolben ausgebildet, dessen Längsbohrung 34 druckmäßig ständig mit dem Ventilkolben
14 der des Steuerventils 12 und über Radialdurchlässe 28 auch mit dem Ventilglied
6.1 des Rückschlagventils 6 in Verbindung steht. In diesem Zusammenhang sei erwähnt,
daß der Stößel 26, z. B. durch Wahl eines in Fig. 3 angedeuteten
geeigneten
Querschnittprofils, so ausgebildet ist, daß diese druckmäßige Verbindung nicht gestört
ist.
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Eine in die Längsbohrung 34 führende Querbohrung 25 des Kolbengliedes
ist in der gezeigten Ruhelage verschlossen, so daß keine Verbindung vom Pumpenanschluß
22 zur Längsbohrung 34 und damit auch zum Ventilkolben 14 des Steuerventils 12 sowie
zum Ventilglied 6.1 des Rückschlagventils 6 besteht Eine ständige Verbindung besteht
jedoch zwischen dem Pumpenanschluß 22 und einer Ringfläche 32 des Kolbengliedes
24, so daß diese mit Druckmittel beaufschlagt wird, sobald und solange die Förderpumpe
2 Druckmittel fördert.
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Sowie die FöIJerpumpe 2 Druckmittel zu fördern beginnt, wird das hydraulische
Kolbenglied 24 unter der Wirkung des auf die Ringfläche 32 wirkenden Drucks des
durch den Pumpenanschluß 22 einströmenden Druckmittels axial - in den Ausführungsbeispielen
nach oben - verschoben.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 ist der mechanische
Stößel 26 starr am hydraulischen Kolbenglied 24 befestigt, so daß der Stößel 26
praktisch bereits zu Beginn der axialen Verschiebung am Ventilglied 6.1 zur Anlage
kommt und dieses bei ansteigendem Druck am Pumpenanschluß 22 gegen die Wirkung der
Federvorrichtung 27 - sowie gegen den Druck im Druckspeicher 5, falls bereits vorhanden
- von seinem Ventilsitz 6.2 abhebt.
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Das hydraulische Kolbenglied 24 wird dabei so weit axial verschoben,
daß die in seine Längsbohrung 34 führende Querbohrung 25 frei wird, so daß das von
der Förderpumpe 2 geförderte Druckmittel in die Ventilvorrichtung 13 einströmen
kann.
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Falls der Druck im Druckspeicher 5 zu diesem Zeitpunkt noch unterhalb
des angestrebten und durch das Steuerventil 12 geregelten Wert liegt, strömt das
gesamte Druckmittel in bekannter Weise zunächst - am von seinem Ventilsitz 6.2 abgehobenen
Ventilglied 6.1 vorbei - über den Speicheranschluß 23 in den Druckspeicher 5. Sobald
der angestrebte Nenndruck erreicht ist, wird das Steuerventil 12 in bekannter und
insbesondere in der DE-OS 30 10 672 beschriebenen Weise regelnd wirksam, so daß
nunmehr die gesamte Druckmittel
-Fördermenge über das Steuerventil
12 zum hydraulischen Verbraucher 7 der Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage strömt.
Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen wird das Rückschlagventil 6 dabei jedoch durch
den Stößel 26 des hydraulischen Kolbengliedes 24 zwangsweise offengehalten.
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Erst wenn die Förderpumpe 2 - aus welchen Gründen auch immer - kein
Druckmittel mehr fördert, wird das hydraulische Kolbenglied 24 unter der Wirkung
der über das Ventilglied 6.1 auf den Stößel 26 einwirkenden Federvorrichtung 27
axial wieder in seine in Fig. 3 gezeigte Ruhelage zurückgeschoben, wobei das Ventilglied
6.1 an seinem zugehörigen Ventilsitz 6.2 zur Anlage kommt, wodurch ein Rückfluß
von Druckmittel verhindert und die Aufrechterhaltung des gespeicherten Druckes im
Druckspeicher 5 in üblicher Weise gewährleistet ist.
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Die Funktionsweise des hydraulischen Kolbengliedes 24 und des entsperrbaren
Rückschlagventils 6 in der in Fig. 4 schematisch und nur zum Teil dargestellten
Ventilvorrichtung 13 stimmt im wesentlichen mit der des Ausführungsbeispieles gemäß
den Figuren 2 und 3 überein. Bei dieser Ausführung ist der mechanische Stößel 26
jedoch nicht starr mit dem hydraulischen Kolbenglied 24 verbunden, sondern an diesem
axial verschiebbar gelagert. Er ist gegen die Wirkung einer zwischen ihm und dem
Kolbenglied 24 wirksamen Federvorrichtung 30 axial in die Längsbohrung 34 des hohlzylindrischen
Kolbengliedes 24 einschiebbar, in der Ruhelage jedoch durch diese Federvorrichtung
bis zur Anlage eines Anschlages 35 am Kolbenglied aus dem Kolbenglied 24 herausgezogen.
Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 befindet sich das Ende des
Stößels 26 in der Ruhelage des hydraulischen Kolbengliedes 24 in einem geringen
Abstand zum Ventilglied 6.1.
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Sobald die Ringfläche 32 des als hohlzylindrischer Stufenkolben ausgebildeten
Kolbengliedes 24 vom Druck des durch den Pumpenanschluß 22 einströmenden Druckmittels
beaufschlagt wird, wird das Kolbenglied 24 gegen die Wirkung einer am Kolbenglied
24 angreifenden Federvorrichtung 29 axial - im Ausführungsbeispiel nach oben- verschoben.
Wenn der Druckspeicher 5 zu diesem Zeitpunkt noch leer ist, d. h. wenn in diesem
noch kein Druck herrscht, wird das Ventilglied 6.1 durch den an ihm zur Anlage kommenden
Stößel 26 gegen die Wirkung der Federvorrichtung 27 von seinem Ventilsitz 6.2 abgehoben,
da die Federkraft der Federvorrichtung 30 zumindest etwas größer bemessen
ist,
als die der Federvorrichtung 27. Falls jedoch - was der Regelfall sein dürfte -
im Druckspeicher 5 bereits ein Speicherdruck herrscht, wird der Stößel 26 gegen
die vergleichsweise kleine Wirkung der Federvorrichtung 30 in das Kolbenglied 24
eingeschoben. Sobald das Kolbenglied 24 axial so weit verschoben ist, daß die Querbohrung
25 frei wird, wird der sich aufbauende Pumpendruck in der Längsbohrung 34 und damit
auch am Ventilglied 6.1 wirksam. An diesem steht somit von der einen Seite der Pumpendruck
und die Federkraft der Federvorrichtung 30 und von der anderen Seite der Speicherdruck
und die Federkraft der Federvorrichtung 27 an, welche jedoch sehr klein ist, da
sie lediglich das Ventilglied 6.1 fixieren soll. Es ist leicht erkennbar, daß das
Ventilglied 6.1 von seinem Ventilsitz 6.2 abhebt, sobald der Pumpendruck zumindest
annähernd dem Speicherdruck entspricht, nämlich dann, wenn die Summe aus Pumpendruck
plus Federkaft der Federvorrichtung 30 größer wird als die Summe aus Speicherdruck
und Federkaft der Federvorrichtung 27.
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Solange der Speicherdruck unterhalb des angestrebten Nenndruckes liegt,
wird anschließend in bekannter Weise die gesamte Druckmittel-Fördermenge in den
Druckspeicher 5 fließen. Sobald der angestrebte Nenndruck erreicht ist, wird ebenfalls
in bekannter Weise durch Wirksamwerden des Steuerventiles 12 die gesamte Druckmittel-Fördermenge
über das Steuerventil zum hydraulischen Verbraucher 7 der Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage
befördert, wobei jedoch infolge des zwangsweise offengehaltenen Rückschlagventils
6 ständig eine druckmäßige Verbindung zum Druckspeicher 5 bestehen bleibt; das Volumen
des Druckspeichers 5 steht somit in der angestrebten Weise zur wirkungsvollen Dämpfung
der sonst unangenehme Geräusche erzeugenden Pulsationen des Druckmittels zur Verfügung.
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Man erkennt, daß die zur Dämpfung der unangenehmen Pulsationen erwünschte
Verbindung zum Druckspeicher 5 unabhängig von der Höhe des Anlagendruckes, insbesondere
also auch nach Erreichen des Nenn-Anlagendruckes gewährleistet ist und erst dann
unterbrochen wird, wenn die Förderpumpe 2 aufhört, Druckmittel zu fördern, weil
das hydraulische Kolbenglied 24 eben erst dann wieder in seine in den Figuren 2
bis 4 dargestellte Ruhelage zurückgeht.
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Die Erfindung ist anhand einer hydraulischen Anlage erläutert worden,
in der eine Speicherhydraulikanlage und eine Umlauf- bzw. Durchflußhydraulikanlage
miteinander kombiniert sind und mittels einer beiden gemeinsamen Förderpumpe mit
dem benötigten Druckmittel versorgt werden, wozu der Einsatz eines geeigneten Steuerventils
erforderlich ist. Es versteht sich, daß die Erfindung auf solche hydraulische Anlage
nicht beschränkt ist und insbesondere auch in solchen Anlagen eingesetzt werden
kann, in denen die Förderpumpe nur zur Speisung einer Speicherhydraulikanlage dient,
wobei dann natürlich auch kein Steuerventil eingesetzt werden muß, welches Vorrang-bzw.
Prioritätenfunktionen ausübt.