DE4323133A1 - Hydrospeicher zum Bereitstellen von Druckfluid - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydrospeicher zum Bereitstellen von Druckfluid für eine hydraulische Anlage, insbesondere für ein hydraulisch wirkendes Stellglied zur Kupplungsbetätigung bei Kraftfahrzeugen mit elektronischem Kupplungsmanagement, mit einem das Druckfluid aufnehmenden Speicherraum, der von einem bewegbaren und in Richtung des Speicherraums kraftbeaufschlagten Trennelement abgeschlossen ist.

Hydrospeicher der vorgenannten Art dienen als Energie­ speicher, um Hydroverbraucher auch dann mit Druck­ fluid zu versorgen, wenn die bei stationärem Betrieb als Fluidquelle dienenden Pumpen nicht in Betrieb sind oder wenn Lastspitzen auftreten, welche die Förderleistung der Pumpen übersteigen.

Hydrospeicher dieser Art sind in Form von Kolben­ speichern und Membranspeichern vielfältig vorbekannt. Kennzeichnend für diese Hydrospeicher ist ein den jeweiligen Speicherraum mit dem Druckfluid abschließen­ des Trennelement, das am Druckfluid anliegt und in Richtung auf letzteres kraftbeaufschlagt ist.

Bei Kolbenspeichern besteht der Speicherraum aus einem Zylinder und das Trennelement aus einem längs­ verschieblich im Zylinder geführten Kolben. Die Kraft­ beaufschlagung des Kolbens kann entweder mittels einer Druckfeder oder durch Gasdruck erfolgen.

Membranspeicher hingegen haben einen von einer Membran in den Speicherraum und einen Beaufschlagungsraum unterteilten Behälter. Auf der einen Seite der Membran befindet sich das Druckfluid und auf der anderen Seite unter Druck stehendes Gas. Dieses Gas, bei dem es sich häufig um Stickstoff handelt, wirkt als Gasdruckfeder und erzeugt die erwünschte Spannung des Druckfluids.

In der DE-OS 38 35 561 ist ein Hydrospeicher beschrieben, der im Speicherraum eine unter Druck stehende Ölfüllung enthält und die Versorgung des Schmierstoffkreislaufs einer Brennkraftmaschine mit ausreichendem Öldruck vor dem Starten der Brennkraftmaschine sicherstellen soll, um dadurch ein Laufen der Brennkraftmaschine ohne ausreichende Schmierung zu verhindern.

Eine Energiespeicherung mittels Hydrospeicher über längere Zeiträume ist nur dann möglich, wenn die Speicher nach dem Befüllen mit Druckfluid durch extrem dichte Ventile verschlossen werden. Durch Verschleiß der Ventile, etwa infolge Verschmutzung des Druck­ fluids, kann es jedoch zu Leckagen und damit zum Abbau der gespeicherten Energie kommen. Andererseits treten insbesondere bei Fahrzeugen mit elektronischem Kupplungsmanagement häufig Situationen auf, in denen Bedarf an hydraulischer Energie besteht, obgleich die Hydraulikpumpe nicht arbeitet.

Demgemäß besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung eines dahingehend verbesserten Hydrospeichers, daß der infolge Leckagen eintretende Energieabbau unterbunden oder zumindest minimiert wird.

Diese Aufgabe ist bei einem Hydrospeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch eine wahl­ weise zwischen einer Verriegelungs- und einer Ent­ riegelungsstellung betätigbare Einrichtung zum Blockieren des Trennelements gelöst.

Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß wahlweise das Trennelement in seiner jeweiligen Stellung arretiert wird und über längere Zeiträume unvermeidbar auftretende Leckagen angesichts der Inkompressibilität des Fluids zu dessen Entspannung führen. Wenn danach im Bedarfsfalle die Blockiereinrichtung in ihre Entrie­ gelungsstellung betätigt wird, wirkt schlagartig das kraftbeaufschlagte Trennelement wieder auf das Fluid, das dadurch eine der Kraftbeaufschlagung ent­ sprechende Spannung erfährt. Demgemäß ist unverzüglich nach der Entriegelung der Blockiereinrichtung Druckfluid auf einem durch die Kraftbeaufschlagung des Trennele­ mentes vorbestimmten Druckniveau verfügbar.

Bei einer sinnvollen Weiterbildung der Erfindung besitzt die Einrichtung zum wahlweisen Blockieren des Trennelements eine mit letzterem fest verbundene Haltestange und ein damit in der Verriegelungsstellung zusammenwirkendes entriegelbares Sperrelement, das in der Verriegelungsstellung eine mechanische Arretierung des den Speicherraum mit dem Fluid abschließenden Trennelementes vermittelt.

Dabei kann zweckmäßigerweise die Haltestange als Zahnstange und das Sperrelement als wahlweise mit der Verzahnung der Zahnstange in Eingriff bringbare Sperrklinke ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine Sperrklinke handeln, die zwischen ihrer in die Verzahnung der Zahnstange eingreifenden Verriegelungslage und einer Entriegelungslage um eine Anlenkachse verschwenkbar ist.

Eine andere sinnvolle Ausgestaltung sieht vor, daß es sich bei dem Sperrelement um ein mit der fest mit dem Trennelement verbundenen Haltestange zusammen­ wirkendes Klemmgesperre handelt, das in der Verriegelungs­ lage ebenfalls eine wirksame Arretierung des Trennele­ mentes in der beim Auslösen der Verriegelung einge­ nommenen Stellung vermittelt.

Obgleich vielfältige Möglichkeiten der Betätigung der Einrichtung zum wahlweisen Blockieren des Trenn­ elementes zwischen einer Verriegelungs- und einer Entriegelungsstellung realisierbar sind, hat sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Mittel zum Betätigen der Blockiereinrichtung in die Verrie­ gelungs- und Entriegelungsstellung ein Elektromagnet als besonders vorteilhaft erwiesen.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Hydrospeichers in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinenantrieb ist es gleichfalls von Vorteil, wenn gemäß einer nochmaligen Weiterbildung die Einrichtung zum wahlweisen Blockieren des Trennelements in Abhängigkeit vom Abstellen der Brennkraftmaschine in ihre Verriege­ lungsstellung und beim Wiederanlassen in ihre Ent­ riegelungsstellung betätigt wird. Soweit es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Otto-Motor handelt, kann die Betätigung der Blockiereinrichtung in ihre Verriegelungsstellung durch die Unterbrechung der Zündung ausgelöst werden, hingegen bei selbst­ zündenden Brennkraftmaschinen durch die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr.

Anhand der beigefügten Zeichnung sollen nachstehend zwei Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 einen als Kolbenspeicher ausgebildeten Hydro­ speicher mit einer Einrichtung zum mechanischen Blockieren des Kolbens und

Fig. 2 einen Membranspeicher, der ebenfalls mit einer Einrichtung zum mechanischen Blockieren der den Speicherraum von einem Gasdruckraum trennenden Membran ausgerüstet ist.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Kolbenspeicher 10 umfaßt einen zylindrischen Behälter 11 mit einem längsbeweglich im Zylinder 12 geführten und gegenüber den Zylinderwandungen abgedichteten Kolben 14. Der Kolben unterteilt den Behälter 11 in einen das Fluid aufnehmenden Speicherraum 15 und einen Druckbeauf­ schlagungsraum 16 auf der anderen Seite des Kolbens. Der Speicherraum 15 steht über einen Stutzen 17 mit einer nur angedeuteten Hydraulikleitung 18 in Strö­ mungsverbindung. In dem vom Speicherraum abgewandten Druckbeaufschlagungsraum 16 befindet sich eine zy­ lindrische Schraubenfeder 20, die zwischen dem Kolben 14 und der vom Speicherraum 15 entfernten Stirnwand 21 des Behälters 11 verspannt ist.

Ebenfalls in dem vom Speicherraum 15 abgewandten Raum 16 des Behälters 11 ist die Einrichtung 24 zum Blockieren des Kolbens 14 aufgenommen. Diese Einrich­ tung umfaßt eine sich vom Kolben nach der vom Speicher­ raum 15 entfernten Seite forterstreckende und axialfest mit dem Kolben verbundene Zahnstange 25 mit einer Verzahnung 26 und eine Sperrklinke 27, die um eine Anlenkachse 28 zwischen einer in die Verzahnung der Zahnstange eingreifenden Verriegelungsstellung und einer nicht mit der Zahnstange zusammenwirkenden eingreifenden Entriegelungsstellung verschwenkbar ist. Betätigt wird die Sperrklinke zwischen ihrer Verriegelungsstellung und Entriegelungsstellung mittels eines Elektromagneten 30 über ein nur angedeutetes Betätigungsgestänge.

In Fig. 2 sind für gleiche Teile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen eingeführt, zur Unterscheidung jedoch durch einen Strich gekennzeichnet.

Bei der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich um einen Membranspeicher 10′ mit einem Behälter 11′, der mittels einer Membran 14′ in einen Speicherraum 15′ für das Fluid und einen Druckbeaufschlagungsraum 16 für die Aufnahme von Stickstoff als Druckgas unterteilt ist. Randseitig ist die Membran strömungsmitteldicht zwischen den Wandungen der beiden den Behälter bildenden Behälter­ teile 19, 19′ eingeklemmt. Der Speicherraum 14′ steht auch bei dieser Ausführungsform über einen Stutzen 17′ mit einer Hydraulikleitung 18′ in Strömungsverbindung.

Die das Trennelement zwischen dem Fluid und dem Druck­ gas bildende Membran 14′ ist rollbalgartig ausgebildet und mit einer im Speicherraum 15′ für das Fluid aufge­ nommenen Einrichtung 24′ zum Blockieren in einer vorbestimmten Stellung ausgerüstet. Wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform umfaßt die Blockier­ einrichtung eine Zahnstange 25′, die mit einem seiner­ seits mit dem Mittelteil der Membran fest verbundenen pilzartigen Kopf 32 fest verbunden ist und mit einer um eine Anlenkachse 28′ zwischen einer Verriegelungs­ stellung und einer Entriegelungsstellung betätigbaren Sperrklinke 27′ zusammenwirkt. Betätigt wird die Sperrklinke ebenfalls mittels eines Elektromagneten 30′.

Beim Befüllen des Hydrospeichers 10 mit Fluid wird über die Hydraulikleitung 18 und den mit dem Speicher­ raum 15 in Strömungsverbindung stehenden Stutzen 17 Strömungsdruckmittel in den Speicherraum gefördert und dadurch der axialbeweglich in dem zylindrischen Behälter geführte Kolben 14 gegen die Wirkung der diesen rückseitig abstützenden Schraubenfeder 20 verschoben. Es ist ersichtlich, daß in Abhängigkeit vom Ausmaß der Zusammendrückung der Schraubenfeder diese eine gewisse Vorspannung erfährt und mithin der Kolben mit der von der Feder aufgebrachten Kraft das im Speicherraum aufgenommene Strömungsdruckmittel beauf­ schlagt. Wenn nach dem Befüllen die den Speicherraum mit der Druckmittelquelle und mit Verbrauchern verbin­ denden Strömungswege mittels eines - nicht dargestellten - Ventils abgesperrt werden, steht mithin das im Speicher­ raum aufgenommene Fluid unter der durch die den Kolben beaufschlagende Druckfeder vermittelnden Spannung.

Hydrospeicher dieser Art dienen zur Bereithaltung von Druckfluid unabhängig vom Betrieb entsprechender Förderpumpen oder im Falle eines die Förderleistung einer Pumpe übersteigenden Druckfluidbedarfs. Ins­ besondere muß bei Hydrospeichern dieser Art sicherge­ stellt sein, daß sie auch nach längeren Zeiträumen noch Druckfluid eines vorbestimmten Druckniveaus bereithalten. Diese Forderung erfüllt die Einrichtung 24 zum Blockieren des Kolbens 14, deren Sperrklinke 27 mittels des Elektromagneten 30 wahlweise in Eingriffslage mit der Verzahnung 26 der mit dem Kolben verbundenen Zahn­ stange 25 eingeschwenkt werden kann.

In der in der Zeichnung veranschaulichten Verriegelungs­ stellung ist der Kolben 14 in der veranschaulichten Po­ sition blockiert. Wenn nunmehr geringfügige Leckagen auftreten, erfährt das im Speicherraum 15 aufgenommene Fluid angesichts seiner Inkompressibilität unverzüglich eine Druckabsenkung mit der Folge, daß es zu keinen weiteren Leckagen mehr kommt. Wenn nun Bedarf an Druckfluid auftritt, braucht lediglich die Sperr­ klinke 27 mittels des Elektromagneten 30 aus ihrer Eingriffslage mit der Verzahnung 26 der Zahnstange 25 ausgehoben zu werden, womit die rückseitige Federkraft­ beaufschlagung des Kolbens voll auf das im Speicherraum aufgenommene Fluid wirkt und mithin Druckfluid auf einem der Federkraftbeaufschlagung entsprechenden Druckniveau zur Verfügung steht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erfolgt das Be­ füllen des Speicherraums 15′ gegen die Wirkung einer Druckgasfüllung im Druckbeaufschlagungsraum 16′ des Behälters 11′. Bei fortschreitender Befüllung des Speicherraums wird das Gaspolster im Druckbeaufschla­ gungsraum komprimiert und wirkt mithin auf das im Speicherraum aufgenommene Fluid zurück. Auch in diesem Falle ist die Membran 14′ mittels der Blockierein­ richtung 24′ in der veranschaulichten Position arretier­ bar, indem mittels des Elektromagneten 30′ die Sperr­ klinke 27′ in Eingriffslage mit der Verzahnung 26′ der ihrerseits mit der Membran verbundenen Zahnstange 25′ eingeschwenkt wird.

Angesichts der so bewirkten Arretierung der Membran 14′ führen auch bei dieser Ausführungsform geringfügige Leckagen zu einer unverzüglichen Druckabsenkung im Speicherraum 15′, weil angesichts der Blockierung der Membran das Gaspolster nicht weiter auf die Fluid­ füllung im Speicherraum einwirken kann. Folglich können nach erfolgter Druckabsenkung auch hier keine Leckagen mehr auftreten. Wenn zu einem späteren Zeit­ punkt Druckfluid benötigt wird, muß lediglich die Sperrklinke 27′ infolge Betätigung durch den Elektro­ magneten 30′ in ihre Entriegelungsstellung, also außer Eingriff mit der Verzahnung 26′ der Zahnstange 25′ verschwenkt werden, so daß über die Membran 14′ nunmehr wieder das komprimierte Gaspolster auf die Fluidfüllung einwirkt und diese unter Spannung versetzt.

Claims (7)

1. Hydrospeicher zum Bereitstellen von Druckfluid für eine hydraulische Anlage, insbesondere zur Kupplungs­ betätigung bei Kraftfahrzeugen mit elektronischem Kupplungsmanagement, mit einem das Druckfluid aufnehmen­ den Speicherraum, der von einem bewegbaren und in Richtung des Speicherraums kraftbeaufschlagten Trenn­ element abgeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine wahlweise zwischen einer Verriegelungs- und einer Entriegelungsstellung betätig­ bare Einrichtung (24, 24′) zum Blockieren des Trenn­ elementes (14, 14′).

2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (24, 24′) zum wahlweisen Blockieren des Trennelements (14, 14′) eine mit letzterem fest verbundene Haltestange (25, 25′) und ein damit in der Verriegelungsstellung zusammenwirkendes ent­ riegelbares Sperrelement (27, 27′) besitzt.

3. Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Haltestange als Zahnstange (25, 25′) und das Sperrelement als wahlweise mit der Verzah­ nung (26, 26′) der Zahnstange in Eingriff bringbare Sperrklinke (27, 27′) ausgebildet ist.

4. Hydrospeicher nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperrklinke (27, 27′) um eine Anlenk­ achse (28, 28′) verschwenkbar angelenkt ist.

5. Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei dem Sperrelement um ein mit der fest mit dem Trennelement (14, 14′) verbundenen Haltestange zusammenwirkendes Klemmgesperre handelt.

6. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24, 24′) zum wahlweisen Blockieren des Trennelements (14, 14′) mit einem Elektromagneten (30, 30′) als Mittel zum Betätigen in die Verriegelungs- und Entriegelungs­ stellung ausgerüstet ist.

7. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinenantrieb die Einrichtung (24, 24′) zum wahlweisen Blockieren des Trennelementes (14, 14′) in Abhängigkeit vom Abstellen der Brennkraftmaschine in ihre Verriegelungsstellung betätigt wird.