DE4030570A1 - Hydraulische betaetigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsein­ richtung mit einer im Betrieb kontinuierlich aus einem Be­ hälter in eine Druckleitung fördernden Pumpe, einem den Druck in der Druckleitung begrenzenden Druckbegrenzungsven­ til, einem an die Druckleitung angeschlossenen Steuerventil und einem durch das Steuerventil mit der Druckleitung ver­ bindbaren Stellzylinder.

Derartige Betätigungseinrichtungen sind allgemein bekannt, vergl. z. B. die Zeitschrift Konstruktion 12 (1960), Heft 9, Seite 380, Bild 13 und 17. Sie zeichnen sich durch geringen Bauaufwand aus. Nachteilig ist bei diesen Betätigungsein­ richtungen, daß zur Erreichung hoher Stellgeschwindigkeiten Pumpen mit entsprechend großem Verdrängungsvolumen benötigt werden. Solche Pumpen erhöhen aber wieder den Bauaufwand wie auch den Raumbedarf, und sie vergrößern den als Verlust zu betrachtenden Energiebedarf in den Betriebsphasen, in denen das Steuerventil geschlossen ist und der Förderstrom der Pumpe über das Druckbegrenzungsventil abgeleitet wird.

Es sind weiterhin hydraulische Betätigungssysteme bekannt (DE-OS 23 24 059), bei denen die Pumpe einen Druckspeicher lädt, aus dem das Druckmittel zur Beaufschlagung des Stell­ organs entnommen wird. Derartige Systeme sind jedoch ver­ gleichsweise aufwendig, da sie einen Druckspeicher mit einem durch eine Membran oder einen Kolben abgetrennten Gasraum und in der Regel daneben ein Speicherladeventil benötigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydrau­ lischen Betätigungseinrichtung der angegebenen Art ohne den Einsatz herkömmlicher Druckspeicher die Stellgeschwindig­ keit des Stellzylinders über das durch die Förderleistung der Pumpe vorgegebene Maß hinaus zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch geeignete bauliche Gestaltung in der Druckleitung oder einem mit der Druckleitung in Verbindung stehenden Raum ein Luftvolumen zurückgehalten wird, das bei einer Entspannung von dem durch das Druckbegrenzungsventil bestimmten Systemdruck auf den bei Druckbeaufschlagung des Stellzylinders sich einstellenden Betriebsdruck einen Teil des zur Betätigung des Stellzylinders benötigten Druckmit­ telvolumens verdrängt.

Mit der Erfindung wird die Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem Betriebsdruck und die in hydraulischen Systemen durch Schaumbildung im Reservoir und andere Effekte vom Druckmittel in Form kleiner Blasen mitgeführte Luft genutzt, um eine Speicherwirkung zu erzielen, die par­ allel zur Förderung der Pumpe einen Teil der Füllmenge des Stellzylinders liefert und dadurch die Stellzeit erheblich reduziert. Hierbei ist der Bauaufwand überraschend gering, da es zur Erreichung der erfindungsgemäßen Wirkung im all­ gemeinen ausreicht, durch Ausbildung eines kleinen Totraums im Gehäuse von Pumpe oder Steuerventil oder innerhalb der Druckleitung das erforderliche Luftvolumen zurückzuhalten. Anstelle der Ausbildung eines besonderen Totraums kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch vorgesehen sein, daß der Leitungsquerschnitt der Druckleitung soweit vergrößert ist, daß das darin eingeschlossene Druckmittel­ volumen das erforderliche Luftvolumen enthält.

Ist die im Druckmittelstrom mitgeführte Luftmenge zu klein, so kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Pumpe Mittel aufweisen, die das Ansaugen von Luft begünsti­ gen. Um die Ausbildung undefinierter Luftsäcke in der Betä­ tigungseinrichtung zu vermeiden, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung das Druckbegrenzungsventil so ange­ ordnet sein, daß dort überschüssige Luft zum Behälter abge­ führt wird. Durch eine geeignete Lage der Anschlüsse kann erfindungsgemäß weiterhin dafür gesorgt werden, daß Luft aus dem Stellzylinder im drucklosen Zustand zum Behälter abgeführt wird.

Erfindungsgemäß ausgestaltete Betätigungseinrichtungen sind besonders für Stellzylinder mit kleineren Zylindervolumen geeignet, wie sie zur Ausführung von Stellvorgängen in Kraftfahrzeugen in Frage kommen. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das zurückgehaltene Luftvolumen etwa 20 bis 50% der Volumenaufnahme des Stellzylinders beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 einen Schaltplan einer hydraulischen Betäti­ gungseinrichtung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Radialkolbenpumpe mit einem an die Druckleitung angeschlossenen Totraum.

Die in Fig. 1 gezeigte Betätigungseinrichtung weist eine Pumpe 1 auf, die aus einem Behälter 2 in eine zu einem Steuerventil 3 führende Druckleitung 4 fördert. Durch ein Druckbegrenzungsventil 5 wird der Druck in der Druckleitung 4 auf einen als Systemdruck bezeichneten Maximalwert begrenzt. An das elektromagnetisch betätigte Steuerventil 3 ist ein Stellzylinder 6 mit einem durch Druckbeaufschlagung gegen eine Druckfeder 7 bewegbaren Kolben 8 angeschlossen. Der Druckraum 9 des Stellzylinders 6 kann durch das Steuer­ ventil 3 entweder mit der Druckleitung 4 oder mit dem drucklosen Behälter 2 verbunden werden. Wird der Druckraum 9 mit der Druckleitung 4 verbunden, so stellt sich in bei­ den ein Betriebsdruck ein, der niedriger ist als der durch das Druckbegrenzungsventil 5 bestimmte Systemdruck.

In Fig. 2 ist die Pumpe 1 im Schnitt dargestellt. Es han­ delt sich dabei um eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpen­ gehäuse 10, das eine durchgehende Längsbohrung 11 und eine sich daran anschließende zylindrische Ausnehmung 12 auf­ weist. In der Längsbohrung 11 ist ein Steuerzapfen 13, bei­ spielsweise durch Einpressen, befestigt, der in die Ausneh­ mung 12 hineinragt. Auf dem Steuerzapfen 13 ist in der Aus­ nehmung 12 ein Rotor 14 drehbar gelagert, in dem mehrere, radial ausgerichtete Zylinderbohrungen 15 ausgebildet sind, in denen Kolben 16 gleiten. Die Kolben 16 stützen sich mit ihren radial äußeren Enden an der Innenfläche eines Hubrings 17 ab, der exzentrisch zum Steuerzapfen 13 mit Hilfe eines Wälzlagers in der Ausnehmung 12 drehbar gela­ gert ist. Im Steuerzapfen 13 sind in der Ebene der Zylin­ derbohrungen 15 zwei Steuerschlitze 18, 19 ausgebildet, die bei Drehung des Rotors 14 nacheinander mit den einzelnen Zylinderbohrungen 15 in Verbindung treten. Der Steuer­ schlitz 18 ist über einen Längskanal 20 und eine Bohrung 21 mit einem außerhalb der Zeichnungsebene liegenden Saugan­ schluß im Gehäuse 1 verbunden. Vom Steuerschlitz 19 führt ein Längskanal 22 zu einer Ringnut 23, die mit einem außer­ halb der Zeichnungsebene liegenden und mit der Druckleitung 4 verbundenen Druckanschluß in Verbindung steht. Der Rotor 14 wird über eine Kupplung 24 von einer Welle 25, bei­ spielsweise der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors ange­ trieben.

An der in der vorgesehenen Einbaulage der Pumpe 1 höchsten Stelle ist die Ringnut 23 an einer radial nach oben führen­ den Gehäusebohrung 26 angeschlossen, die von außen mit einem Schraubstopfen 27 druckdicht verschlossen ist. Durch die Gehäusebohrung 26 wird ein Totraum definierter Größe gebildet, in den beim Betrieb der Pumpe 1 vom Druckmittel auf dem Weg von dem Längskanal 22 zur Ringnut 23 mitge­ führte Luft aufsteigen kann, bevor das Druckmittel durch die Ringnut 23 zum Druckanschluß gelangt. Hierdurch wird die Gehäusebohrung 26 allmählich mit Luft gefüllt, die bei geschlossenem Steuerventil 3 durch den vergleichsweise hohen Systemdruck komprimiert ist. Wird nun das Steuerven­ til 3 geschaltet und die Druckleitung 4 mit dem Stellzylin­ der 6 verbunden, so expandiert durch das Absinken des Drucks in der Druckleitung 4 auf den niedrigeren Betriebs­ druck die in der Gehäusebohrung 26 eingeschlossene Luft und verdrängt dadurch ein Druckmittelvolumen, das sich zum För­ derstrom der Pumpe 1 addiert, so daß der Druckraum 9 des Stellzylinders 6 schneller gefüllt und eine entsprechend geringere Stellzeit erreicht wird. In praktischen Versuchen konnte durch die beschriebene Maßnahme eine Verringerung der Stellzeit von über 30% erreicht werden.

Der durch die Gehäusebohrung 26 gebildete Totraum wird zweckmäßig so groß dimensioniert, daß er die während des Betriebs unter Systemdruck komprimierte Luft aufnehmen kann. Expandiert die Luft beim Übergang auf den Betriebs­ druck durch Schalten des Steuerventils 3, so entweicht ein Teil der im Totraum enthaltenen Luft und verläßt schließ­ lich beim Rückschalten des Steuerventils 3 das System zum Behälter 2. Dieser Luftanteil wird nach Betätigungsende beim erneuten Aufbau des Systemdrucks über das geförderte, luftbeladene Druckmittel wieder ersetzt.

Bezugszeichenliste:

 1 Pumpe
 2 Behälter
 3 Steuerventil
 4 Druckleitung
 5 Druckbegrenzungsventil
 6 Stellzylinder
 7 Druckfeder
 8 Kolben
 9 Druckraum
10 Pumpengehäuse
11 Längsbohrung
12 Ausnehmung
13 Steuerzapfen
14 Rotor
15 Zylinderbohrung
16 Kolben
17 Hubring
18 Steuerschlitz
19 Steuerschlitz
20 Längskanal
21 Bohrung
22 Längskanal
23 Ringnut
24 Kupplung
25 Welle
26 Gehäusebohrung
27 Schraubstopfen

Claims (7)

1. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einer im Betrieb kontinuierlich aus einem Behälter in eine Druckleitung fördernden Pumpe, einem den Druck in der Druckleitung begrenzenden Druckbegrenzungsventil, einem an die Druckleitung angeschlossenen Steuerventil und einem durch das Steuerventil mit der Druckleitung ver­ bindbaren Stellzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete bauliche Gestaltung in der Druckleitung (4) oder einem mit der Druckleitung (4) in Verbindung stehenden Raum (26) ein Luftvolumen zurückgehalten wird, das bei einer Entspannung von dem durch das Druckbegrenzungsventil (5) bestimmten Systemdruck auf den bei Druckbeaufschlagung des Stellzylinders (6) sich einstellenden Betriebsdruck einen Teil des zur Betäti­ gung des Stellzylinders (6) benötigten Druckmit­ telvolumens verdrängt.

2. Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Gehäuse (10) der Pumpe (1) oder des Steuerventils (3) oder innerhalb der Druckleitung (4) ein Totraum (26) zum Zurückhalten eines Luftvolu­ mens ausgebildet ist.

3. Betätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt der Druckleitung (4) soweit vergrößert ist, daß das darin eingeschlossene Druckmittelvolumen das Luftvolu­ men enthält.

4. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) Mittel aufweist, die das Ansaugen von Luft begünstigen.

5. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckbegren­ zungsventil (5) derart angeordnet ist, daß überschüs­ sige Luft aus der Druckleitung (4) abgeführt wird.

6. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lage des Anschlusses oder gegebenenfalls mehrerer Anschlüsse des Stellzylinders (6) Luft aus dem Stellzylinder im drucklosen Zustand zum Behälter (2) abgeführt wird.

7. Betätigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zurückgehal­ tene Luftvolumen etwa 20% bis 50% der Volumenaufnahme des Stellzylinders (6) beträgt.