WO2007020052A1 - Hydraulischer aktuator, insbesondere für ein fahrwerkstab ilisierungssytem, sowie hydraulikkreislauf mit einem solchen aktuator - Google Patents

Hydraulischer aktuator, insbesondere für ein fahrwerkstab ilisierungssytem, sowie hydraulikkreislauf mit einem solchen aktuator Download PDF

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pressure
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antikavitations
pressure accumulator
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Dirk Kesselgruber
Dirk Nissing
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Definitions

  • Hydraulic actuator in particular for a chassis stabilization system, and hydraulic circuit with such an actuator
  • the invention relates to a hydraulic actuator, in particular for a chassis stabilization system, with a pressure chamber which can be pressurized by a hydraulic fluid. Moreover, the invention also relates to a hydraulic circuit with such an actuator.
  • Hydraulic actuators of the above type have a wide range of applications in many fields of technology. In the automotive industry, they are used, inter alia, in active suspension systems.
  • DE 101 11 551 A describes a piston-cylinder unit, which acts as a damper and hydraulic actuator.
  • a Kavitationsgefahr in the pressure chamber of the actuator is given by so-called external control of the actuator a Kavitationsgefahr in the pressure chamber of the actuator.
  • External control in this context means that the actuator does not perform a movement due to an increase or decrease of hydraulic fluid, but that hydraulic fluid must be supplied or removed by an imposed movement.
  • Forced movements for a hydraulic actuator arise when used in a chassis stabilization system, for example, by road irregularities such as potholes, etc., which are followed by the wheel associated with the actuator.
  • a sudden, forced movement of the actuator may result in a pressure drop in a pressure chamber of the actuator. Due to the internal friction and inertia of the hydraulic fluid can cause cavitation phenomena in the pressure chamber, as a tracking of hydraulic fluid via a hydraulic circuit of the actuator is not timely.
  • DE 101 11 551 A proposes, in order to solve this problem, to connect each actuator working chamber to a so-called minimum pressure supply source from which hydraulic medium can be sucked.
  • minimum pressure supply source from which hydraulic medium can be sucked.
  • mere sucking in of the actuator working chamber can not reliably prevent cavitation, in particular in the case of longer conduit paths of the hydraulic medium, due to the mass inertia of the hydraulic medium described above.
  • an additional minimum pressure supply source such as a pump, constantly maintain a pressure is again a fairly expensive measure.
  • Object of the present invention is therefore to reliably prevent the cavitation in pressure chambers of hydraulic actuators with little effort.
  • a hydraulic actuator of the type mentioned is provided for this purpose, in which the pressure chamber is connected to a Antikavitations pressure accumulator, the contents of which can flow into the pressure chamber to prevent the occurrence of cavitation in the pressure chamber.
  • the anti-cavitation pressure accumulator is less expensive as a passive component than a minimum pressure supply source.
  • the Antikavitations pressure accumulator may contain the hydraulic fluid and / or a gas or gas mixture. Since the contents of the anti-cavitation pressure accumulator can flow into the pressure chamber, it makes sense that the anti-cavitation pressure accumulator contains the same medium as the hydraulic circuit. An additional gas or gas mixture ensures as complete as possible outflow of the hydraulic fluid.
  • the anti-cavitation pressure accumulator is connected to a pressure port of the pressure chamber. This offers the advantage that no additional connection to the pressure chamber is necessary, but at the same time cavitation can be prevented particularly well by the proximity to the pressure chamber.
  • the anti-cavitation pressure accumulator is connected to the pressure chamber via a check valve. This is an inexpensive way of only providing the accumulator when needed, i. at a pressure drop outside the anti-cavitation accumulator, to empty.
  • the check valve may be designed so that it allows a small flow even in a closed position. With this small flow in the closed position of the check valve of Antikavitations pressure accumulator is filled. By such a check valve, the filling of the Antikavitations- pressure accumulator takes place automatically without further effort.
  • the Antikavitations- accumulator can fill without the use of an active pressure source until reaching an operating pressure of the hydraulic circuit.
  • the anti-cavitation pressure accumulator comprises a sheath made of an elastic material.
  • Expansion of the shell receive a desired volume of fluid and simultaneously builds up an internal pressure that supports any outflow of the fluid.
  • the anti-cavitation accumulator is balloon shaped. This is given a compact accumulator shape in the region of the junction with the pressure chamber.
  • the anti-cavitation pressure accumulator is tubular. This form is preferable in some Aktuatorbau und for reasons of space.
  • the hydraulic actuator may have a plurality of pressure chambers, of which the Antikavitations pressure accumulator connects at least two together.
  • the number of anti-cavitation accumulators used can be kept small.
  • the hydraulic actuator may be a hydraulic rotary drive or a hydraulic linear drive.
  • the invention is thus not limited to special actuator types and can be used in all common hydraulic actuators.
  • the invention also relates to a hydraulic circuit, in particular the
  • Hydraulic circuit of a chassis stabilization system with fluid lines, a tank and a hydraulic actuator of the above type, wherein the actuator is supplied via the fluid lines with hydraulic fluid from the tank and can deliver hydraulic fluid into the tank via the fluid lines, and wherein at least one fluid line at least partially is designed as Antikavitations- pressure accumulator.
  • the additional effort for reliable minimization or prevention of cavitation phenomena is particularly low in such a hydraulic circuit, since only the existing anyway fluid lines are changed and no additional components are necessary.
  • the fluid lines have flexible tube sections, the tube sections containing the anti-cavitation pressure accumulator form.
  • the replacement of usually used as a fluid line, rigid pipes against suitable, flexible hoses is very easy and possible with little effort.
  • the tube sections may reduce their receiving volume at a pressure drop by cross-sectional deformation and / or a reduction in diameter and thus provide hydraulic fluid to prevent cavitation phenomena.
  • these tube sections may be elastic, thereby further increasing the volume of fluid which is available to prevent cavitation.
  • the diameter of the hose initially decreases elastically when the pressure falls, namely until the atmospheric pressure is reached, which leads to a release of hydraulic fluid.
  • the pressure continues to fall, it is possible to draw in hydraulic fluid from the hose sections while deforming the hose cross-section from essentially circular to increasingly flat or oval. As a result, further hydraulic fluid is released for cavitation prevention.
  • a throttle is provided in a return line from the actuator to the tank.
  • a minimum pressure is set in the entire hydraulic circuit between a pressure source and the throttle.
  • an overpressure in the return with which the fluid lines are biased.
  • elastic hose sections as Antikavitations pressure accumulator is increased by this bias the volume, which can provide the Antikavitations- pressure accumulator at a pressure drop.
  • the hydraulic circuit preferably has an electro-hydraulic control unit, wherein the fluid lines between the electro-hydraulic control unit and the actuator are formed at least in sections as Antikavitations- pressure accumulator.
  • the Antikavitations pressure accumulator are thus very close to the actuator, whereby the tracking of hydraulic fluid is very quickly possible and cavitation phenomena can therefore be very reliably prevented.
  • the fluid lines designed as anti-cavitation accumulator directly adjoin the pressure ports of the actuator, so that in this embodiment variant The fastest possible tracking of hydraulic fluid from the Antikavitations- pressure accumulator is ensured to the pressure chamber of the actuator.
  • FIG. 1 is a longitudinal section through part of the hydraulic actuator according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 is a longitudinal section through a part of the hydraulic actuator according to the invention in a second embodiment
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a hydraulic circuit according to the invention with a hydraulic actuator according to the invention in a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a hydraulic actuator 10 in a cylinder-piston construction, wherein a piston 12 divides a cylinder 14 into a first pressure chamber 16 and a second pressure chamber 18.
  • the first pressure chamber 16 communicates via a first pressure port 20 with a pressure source (not shown) and can be pressurized by a hydraulic fluid. Further, the first pressure chamber 16 communicates via the first pressure port 20 and a first check valve 22 with a first end 24 of a Antikavitations pressure accumulator 26 in connection.
  • Mirrored on a plane perpendicular to the axis of the cylinder 14 is analogous to the second pressure chamber 18 via a second pressure port 28 to a pressure source (not shown) in communication and can be set by a hydraulic fluid under pressure.
  • the second pressure chamber 18 is connected via the second pressure port 28 and a second check valve 30 with the Antikavitations pressure accumulator 26, more precisely with a second end 32 of the Antikavitations pressure accumulator 26.
  • the hydraulic actuator 10 thus has a plurality of pressure chambers 16, 18, and the Antikavitations pressure accumulator 26 connects at least two pressure chambers 16, 18 with each other.
  • the anti-cavitation pressure accumulator 26 is tubular in this first embodiment, with two open ends 24, 32 at which the Antikavitations- pressure accumulator 26 via the check valves 22, 30 with the respective pressure chamber 16, 18 is connected.
  • a shell 34 of the anti-cavitation pressure accumulator 26 has an elastic material so that the sheath 34 can expand under pressure and in turn builds up a back pressure.
  • the envelope 34 of the anti-cavitation pressure accumulator 26 may include another material that prevents further expansion or bursting of the anti-cavitation accumulator 26 for a given volume.
  • the Antikavitations pressure accumulator 26 contains the hydraulic fluid and / or a gas or gas mixture. In the presence of a gas or gas mixture this would preferably separated by a membrane from the hydraulic fluid and would remain in the Antikavitations- pressure accumulator.
  • the check valves 22, 30 are installed so that they are usually pressed into a closed position. As a rule, means that at both pressure ports 20, 28 an operating pressure of the hydraulic circuit is applied and the pressure in the anti-cavitation pressure accumulator 26 is below the operating pressure.
  • the check valves 22, 30 are such that, however, even in the closed position, a small flow of hydraulic fluid is possible. By this small flow, the so-called leakage, the Antikavitations pressure accumulator 26 is slowly filled with hydraulic fluid until it reaches a maximum of the operating pressure of the hydraulic circuit.
  • the piston 12 is coupled to a wheel carrier (not shown) of a motor vehicle, the cylinder 14 is attached (usually via a stabilizer) to a vehicle body (not shown) or vice versa.
  • the pressure in one of the pressure chambers 16, 18 due to a piston movement due to external influences suddenly from, so that the pressure in the respective pressure chamber 16, 18 is lower than the pressure in the anti-cavitation pressure accumulator 26, the corresponding check valve 22, 30 in pressed an open position.
  • the hydraulic fluid accumulated in the Antikavitations- pressure accumulator 26 can flow via the respective pressure port 20, 28 into the pressure chamber 16, 18 with the fallen pressure.
  • the proximity of the Antikavitations pressure accumulator 26 to the pressure chambers 16, 18, the reaction is so fast that the falling pressure does not reach the vapor pressure and thus cavitation is prevented.
  • FIG. 2 shows a section of a second embodiment of the hydraulic actuator 10 according to the invention.
  • the structure of this actuator is identical to that of Figure 1, except for the design of the Antikavitations- pressure accumulator 26.
  • the Antikavitations pressure accumulator 26 is connected to the pressure port 20, 28 of the pressure chamber 16, 18. As long as there is operating pressure at the pressure connections 20, 28, the balloon-shaped anti-cavitation pressure accumulators 26 fill up due to the leakage of the check valves 22, 30 until they themselves have reached the maximum operating pressure.
  • the pressure chamber associated check valve 22, 30 opens and allows a flow of hydraulic fluid from Antikavitations pressure accumulator 26 via the check valve 22, 30, the pressure port 20, 28, to the pressure chamber 16, 18.
  • the pressure chamber 16, 18 is thus connected to a Antikavitations pressure accumulator 26, the contents of which can flow into the pressure chamber 16, 18, to prevent the occurrence of cavitation.
  • a cylinder-piston unit, and thus a hydraulic linear drive is shown.
  • the hydraulic actuator 10 according to the invention may also be a hydraulic rotary drive.
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of a hydraulic circuit 36 for an active chassis stabilization system, in which the hydraulic circuit 36 incorporates the actuator 10 according to a third embodiment.
  • the actuator 10 is a cylinder-piston unit, which is why the above statements on the design and the operating principle of the cylinder-piston unit also apply to the actuator 10 shown in Figure 3.
  • Corresponding components are accordingly provided with identical reference numerals.
  • the difference from the first and second embodiment is essentially lent in that the Antikavitations pressure accumulator 26 is not directly attached to the actuator 10 in the third embodiment, but is integrated into fluid lines 38 of the hydraulic circuit 36.
  • the actuator 10 Via the fluid lines 38, the actuator 10 is connected to a tank 40, wherein the actuator 10 via the fluid lines 38 both receive hydraulic fluid from the tank 40 and hydraulic fluid in the Tank 40 can deliver.
  • the pressure source used is a built-in hydraulic circuit 36 pump 42, which provides the desired operating pressure.
  • the hydraulic circuit 36 includes an electro-hydraulic control unit 44, which has the control electronics and a valve block to control or regulate the hydraulic circuit according to predetermined parameters.
  • the fluid lines 38 have, for example, flexible hose sections which each form an anti-cavitation pressure accumulator 26 and can provide the actuator 10 with hydraulic fluid if required.
  • the tube sections preferably have a certain elasticity. This reduces starting from the operating pressure, i. an overpressure in the hydraulic circuit, with decreasing pressure initially the hose diameter elastic until reaching the atmospheric pressure, which already leads to a release of hydraulic fluid. If the pressure falls below the atmospheric pressure, further hydraulic fluid can be sucked out of the hose to prevent cavitation phenomena, with the substantially circular hose cross-section being deformed into an increasingly flat, oval hose cross-section.
  • a throttle 46 is provided in the fluid line 38, which forms the return from the actuator 10 to the tank 40.
  • Throttle 46 is set in the entire hydraulic circuit 36 between the pump 42 and the throttle 46, a minimum pressure. Thus, there is also a return
  • Check valve 48 shown as a dashed framed assembly, wherein the
  • Check valve 48 allows re-sucking hydraulic fluid from the tank 40 into the second pressure chamber 18.
  • thickened fluid line sections point to possible positions at which the fluid lines 38 can be designed as anti-cavitation pressure accumulators 26.
  • the fluid lines 38 between the electrohydraulic control unit 44 and the actuator 10 as Antikavitations- pressure accumulator 26 carried out, since the proximity of the Antikavitations pressure accumulator 26 to the pressure chambers 16, 18 of the actuator 10, a rapid tracking of hydraulic fluid is possible and cavitation phenomena are therefore prevented very reliable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktuator (10), insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, mit einer Druckkammer (16, 18), die durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, wobei die Druckkammer (16,18) mit einem Antikavitations-Druckspeicher (26) verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer (16, 18) strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer (16, 18) zu verhindern. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Hydraulikkreislauf mit einem solchen hydraulischen Aktuator (10).

Description

Hydraulischer Aktuator, insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, sowie Hydraulikkreislauf mit einem solchen Aktuator
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Aktuator, insbesondere für ein Fahrwerkstabilisierungssystem, mit einer Druckkammer, die durch ein Hydraulik- fluid unter Druck gesetzt werden kann. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch einen Hydraulikkreislauf mit einem solchen Aktuator.
Hydraulische Aktuatoren der oben genannten Art haben in vielen Bereichen der Technik ein breites Anwendungsgebiet. In der Kraftfahrzeugindustrie kommen sie u.a. in aktiven Fahrwerksystemen zum Einsatz. Die DE 101 1 1 551 A beschreibt eine Kolben-Zylinder-Einheit, die als Dämpfer und hydraulischer Aktuator fungiert. Gerade beim Einsatz in Systemen zur Fahrwerkstabilisierung ist durch sogenannte Fremdansteuerung des Aktuators eine Kavitationsgefahr in der Druckkammer des Aktuators gegeben. Fremdansteuerung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Aktuator nicht infolge einer Zu- oder Abfuhr von Hydraulikfluid eine Bewegung durchführt, 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. Eine plötzlich auftretende, erzwungene Bewegung des Aktuators kann zu einem Druckabfall in einer Druckkammer des Aktuators führen. Aufgrund der inneren Reibung und Massenträgheit des Hydraulikfluids kann es zu Kavitationserscheinungen in der Druckkammer kommen, da eine Nachführung von Hydraulikfluid über einen Hydraulikkreislauf des Aktuators nicht rechtzeitig erfolgt. Die DE 101 11 551 A schlägt zur Lösung dieses Problems vor, jede Aktuator-Arbeitskammer mit einer sogenannten Minimaldruck-Versorgungsquelle zu verbinden, aus der Hydraulik- medium nachgesaugt werden kann. Reines Nachsaugen der Aktuator- Arbeitskammer kann aber Kavitation, insbesondere bei längeren Leitungswegen des Hydraulikmediums, aufgrund der oben beschriebenen Massenträgheit des Hydraulikmediums nicht zuverlässig verhindern. Durch den Einsatz einer zusätzlichen Minimaldruck-Versorgungsquelle, beispielsweise einer Pumpe, stetig einen Druck vorzuhalten ist wiederum eine recht aufwendige Maßnahme. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kavitation in Druckkammern hydraulischer Aktuatoren mit geringem Aufwand zuverlässig zu verhindern.
Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck ein hydraulischer Aktuator der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem die Druckkammer mit einem Antikavitations-Druckspeicher verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer zu verhindern. Der Antikavitations-Druckspeicher ist als passives Bauelement weniger aufwendig als eine Minimaldruck-Versorgungsquelle.
Der Antikavitations-Druckspeicher kann das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch enthalten. Da der Inhalt des Antikavitations-Druckspeichers in die Druckkammer strömen kann, ist es sinnvoll, daß der Antikavitations-Druckspeicher dasselbe Medium wie der Hydraulikkreislauf enthält. Ein zusätzliches Gas oder Gasgemisch sorgt für ein möglichst vollständiges Ausströmen des Hydraulikfluids.
In einer Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher an einem Druckanschluß der Druckkammer angeschlossen. Dies bietet den Vorteil, daß kein zusätzlicher Anschluß an der Druckkammer nötig ist, gleichzeitig aber durch die Nähe zur Druckkammer die Kavitation besonders gut verhindert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher über ein Rückschlagventil mit der Druckkammer verbunden. Dies ist eine preiswerte Möglichkeit, den Druckspeicher nur bei Bedarf, d.h. bei einem Druckabfall außerhalb des Antikavitations-Druckspeichers, zu entleeren.
In dieser Ausführungsform kann das Rückschlagventil so ausgebildet sein, daß es auch in einer geschlossenen Stellung einen geringen Durchfluß ermöglicht. Mit diesem geringen Durchfluß in der geschlossenen Stellung des Rückschlagventils wird der Antikavitations-Druckspeicher gefüllt. Durch ein derartiges Rückschlagventil erfolgt die Füllung des Antikavitations- Druckspeichers ohne weiteren Aufwand automatisch. Der Antikavitations- Druckspeicher kann sich ohne die Verwendung einer aktiven Druckquelle bis zum Erreichen eines Betriebsdruckes des Hydraulikkreislaufs füllen. Vorzugsweise weist der Antikavitations-Druckspeicher eine Hülle aus einem elastischen Material auf. Damit kann der Antikavitations-Druckspeicher unter
Aufweitung der Hülle ein gewünschtes Fluidvolumen aufnehmen und baut gleichzeitig einen Innendruck auf, der ein etwaiges Ausströmen des Fluids unterstützt.
In einer Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher ballonförmig. Damit ist im Bereich der Verbindungsstelle mit der Druckkammer eine kompakte Druckspeicherform gegeben.
In einer anderen Ausführungsform ist der Antikavitations-Druckspeicher schlauchförmig. Diese Form ist bei manchen Aktuatorbauweisen aus Platzgründen vorzuziehen.
Der hydraulische Aktuator kann mehrere Druckkammern aufweisen, von denen der Antikavitations-Druckspeicher wenigstens zwei miteinander verbindet. Damit kann die Anzahl der eingesetzten Antikavitations-Druckspeicher kleingehalten werden.
Der hydraulische Aktuator kann ein hydraulischer Drehantrieb oder ein hydraulischer Linearantrieb sein. Die Erfindung ist damit nicht auf spezielle Aktuatortypen beschränkt und kann bei allen gängigen hydraulischen Aktuatoren eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch einen Hydraulikkreislauf, insbesondere den
Hydraulikkreislauf eines Fahrwerk-Stabilisierungssystems, mit Fluidleitungen, einem Tank und einem hydraulischen Aktuator der obengenannten Art, wobei der Aktuator über die Fluidleitungen mit Hydraulikfluid aus dem Tank versorgt wird und über die Fluidleitungen Hydraulikfluid in den Tank abgeben kann, und wobei wenigstens eine Fluidleitung wenigstens abschnittsweise als Antikavitations- Druckspeicher ausgebildet ist. Der zusätzliche Aufwand zur zuverlässigen Minimierung oder Verhinderung von Kavitationserscheinungen ist in einem solchen Hydraulikkreislauf besonders gering, da lediglich die sowieso vorhandenen Fluidleitungen verändert werden und keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind.
In einer Ausführungsform weisen die Fluidleitungen flexible Schlauchabschnitte auf, wobei die Schlauchabschnitte den Antikavitations-Druckspeicher bilden. Der Austausch von üblicherweise als Fluidleitung eingesetzten, starren Rohren gegen geeignete, flexible Schläuche ist sehr einfach und mit geringem Aufwand möglich. Die Schlauchabschnitte können durch Querschnittsverformungen und/oder eine Durchmesserverringerung ihr Aufnahmevolumen bei einem Druckabfall verringern und somit Hydraulikfluid zur Verfügung stellen, um Kavitationserscheinungen zu verhindern.
Insbesondere können diese Schlauchabschnitte elastisch sein, wodurch sich das Fluidvolumen, welches zur Verhinderung der Kavitation bereitsteht, noch vergrößert. Ausgehend von einem Überdruck im Hydraulikkreislauf verringert sich bei abfallendem Druck nämlich zunächst der Schlauchdurchmesser elastisch bis zum Erreichen des Atmosphärendrucks, was zu einer Freigabe von Hydraulikfluid führt. Bei weiter fallendem Druck ist ein Nachsaugen von Hydraulikfluid aus den Schlauchabschnitten unter Verformung des Schlauchquerschnitts von im wesentlichen kreisrund in zunehmend flach oder oval möglich. Dadurch wird weiteres Hydraulikfluid zur Kavitationsverhinderung freigegeben.
In einer anderen Ausführungsform ist in einer Rücklaufleitung vom Aktuator zum Tank eine Drossel vorgesehen. Durch die Drossel wird im gesamten Hydraulikkreislauf zwischen einer Druckquelle und der Drossel ein Minimaldruck eingestellt. Somit herrscht auch im Rücklauf ein Überdruck, mit dem die Fluidleitungen vorgespannt werden. Insbesondere bei der Verwendung von elastischen Schlauchabschnitten als Antikavitations-Druckspeicher wird durch diese Vorspannung das Volumen vergrößert, welches der Antikavitations- Druckspeicher bei einem Druckabfall bereitstellen kann.
Der Hydraulikkreislauf weist vorzugsweise eine elektrohydraulische Steuer- einheit auf, wobei die Fluidleitungen zwischen der elektrohydraulischen Steuereinheit und dem Aktuator wenigstens abschnittsweise als Antikavitations- Druckspeicher ausgebildet sind. Die Antikavitations-Druckspeicher befinden sich dadurch sehr nahe am Aktuator, wodurch die Nachführung von Hydraulikfluid sehr schnell möglich ist und Kavitationserscheinungen folglich sehr zuverlässig verhindert werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform grenzen die als Antikavitations-Druckspeicher ausgebildeten Fluidleitungen unmittelbar an die Druckanschlüsse des Aktuators an, so daß in dieser Ausführungsvariante die schnellstmögliche Nachführung von Hydraulikfluid aus dem Antikavitations- Druckspeicher zur Druckkammer des Aktuator gewährleistet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigt:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators in einer ersten Ausführungsform;
- Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators in einer zweiten Ausführungsform; und
- Figur 3 einen schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Hydraulikkreislaufs mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuator in einer dritten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt einen hydraulischen Aktuator 10 in Zylinder-Kolben-Bauweise, wobei ein Kolben 12 einen Zylinder 14 in eine erste Druckkammer 16 und eine zweite Druckkammer 18 unterteilt. Die erste Druckkammer 16 steht über einen ersten Druckanschluß 20 mit einer Druckquelle (nicht gezeigt) in Verbindung und kann durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden. Weiter steht die erste Druckkammer 16 über den ersten Druckanschluß 20 und ein erstes Rückschlagventil 22 mit einem ersten Ende 24 eines Antikavitations-Druckspeichers 26 in Verbindung. Gespiegelt an einer zur Achse des Zylinders 14 senkrechten Ebene steht analog die zweite Druckkammer 18 über einen zweiten Druckanschluß 28 mit einer Druckquelle (nicht gezeigt) in Verbindung und kann durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden. Auch die zweite Druckkammer 18 ist über den zweiten Druckanschluß 28 und ein zweites Rückschlagventil 30 mit dem Antikavitations-Druckspeicher 26 verbunden, genauer mit einem zweiten Ende 32 des Antikavitations-Druckspeichers 26. Der hydraulische Aktuator 10 weist also mehrere Druckkammern 16, 18 auf, und der Antikavitations-Druckspeicher 26 verbindet wenigstens zwei Druckkammern 16, 18 miteinander. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 ist in dieser ersten Ausführungsform schlauch- förmig ausgebildet, mit zwei offenen Enden 24, 32, an denen der Antikavitations- Druckspeicher 26 über die Rückschlagventile 22, 30 mit der jeweiligen Druckkammer 16, 18 verbunden ist. Eine Hülle 34 des Antikavitations-Druckspeichers 26 weist ein elastisches Material auf, so daß sich die Hülle 34 unter Druck ausdehnen kann und ihrerseits einen Gegendruck aufbaut. Die Hülle 34 des Antikavitations-Druckspeicher 26 kann ein weiteres Material aufweisen, das bei einem vorgegebenen Volumen eine weitere Ausdehnung oder ein Platzen des Antikavitations-Druckspeichers 26 verhindert. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 enthält das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch. Bei Vorhandensein eines Gases oder Gasgemisches wäre dieses vorzugsweise durch eine Membran vom Hydraulikfluid getrennt und würde im Antikavitations- Druckspeicher verbleiben.
Die Rückschlagventile 22, 30 sind so eingebaut, daß sie im Regelfall in eine geschlossene Stellung gedrückt werden. Im Regelfall heißt, daß an beiden Druckanschlüssen 20, 28 ein Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs anliegt und der Druck im Antikavitations-Druckspeicher 26 unter dem Betriebsdruck liegt. Die Rückschlagventile 22, 30 sind so beschaffen, daß allerdings auch in der geschlossenen Stellung ein geringer Durchfluß an Hydraulikfluid möglich ist. Durch diesen geringen Durchfluß, der sogenannten Leckage, wird der Antikavitations-Druckspeicher 26 langsam mit Hydraulikfluid gefüllt, bis er maximal den Betriebsdruck des Hydraulikkreislaufs erreicht.
In den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 ist der Kolben 12 mit einem (nicht gezeigten) Radträger eines Kraftfahrzeuges gekoppelt, der Zylinder 14 ist (üblicherweise über einen Stabilisator) an einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie befestigt, oder umgekehrt. Fällt nun der Druck in einer der Druckkammern 16, 18 aufgrund einer Kolbenbewegung infolge Fremdeinwirkung plötzlich ab, so daß der Druck in der jeweiligen Druckkammer 16, 18 geringer ist, als der Druck im Antikavitations-Druckspeicher 26, wird das entsprechende Rückschlagventil 22, 30 in eine geöffnete Stellung gedrückt. Damit kann das im Antikavitations- Druckspeicher 26 angesammelte Hydraulikfluid über den jeweiligen Druckanschluß 20, 28 in die Druckkammer 16, 18 mit dem abgefallenen Druck strömen. Durch die räumliche Nähe des Antikavitations-Druckspeichers 26 zu den Druckkammern 16, 18 ist die Reaktion so schnell, daß der abfallende Druck den Dampfdruck nicht erreicht und somit Kavitation verhindert wird.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Aktuators 10. Der Aufbau dieses Aktuators ist identisch mit dem aus Figur 1 , bis auf die Ausgestaltung des Antikavitations- Druckspeichers 26. In dieser zweiten Ausführungsform ist jedem Rückschlagventil 22, 30 ein separater, ballonförmiger Antikavitations-Druckspeicher 26 zugeordnet, dessen Hülle 34 wie oben bei Figur 1 beschrieben ausgebildet ist. Der Antikavitations-Druckspeicher 26 ist am Druckanschluß 20, 28 der Druckkammer 16, 18 angeschlossen. Das Funktionsprinzip entspricht dem der ersten Ausführungsform aus Figur 1. Solange an den Druckanschlüssen 20, 28 Betriebsdruck herrscht, füllen sich die ballonförmigen Antikavitations-Druckspeicher 26 infolge der Leckage der Rückschlagventile 22, 30, bis sie selbst maximal den Betriebsdruck erreicht haben. Bei einem Druckabfall in einer der Druckkammern 16, 18 öffnet sich das der Druckkammer zugeordnete Rückschlagventil 22, 30 und ermöglicht ein Strömen des Hydraulikfluids vom Antikavitations-Druckspeicher 26 über das Rückschlagventil 22, 30, den Druckanschluß 20, 28, bis hin zur Druckkammer 16, 18. Die Druckkammer 16, 18 ist also mit einem Antikavitations-Druckspeicher 26 verbunden, dessen Inhalt in die Druckkammer 16, 18 strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation zu verhindern. Auch in dieser Ausführungsform ist eine Zylinder-Kolben-Einheit, und somit ein hydraulischer Linearantrieb gezeigt. Der erfindungsgemäße hydraulische Aktuator 10 kann allerdings ebenso ein hydraulischer Drehantrieb sein.
Die Figur 3 zeigt den Schaltplan eines Hydraulikkreislaufs 36 für ein aktives Fahrwerkstabilisierungssystem, wobei in den Hydraulikkreislauf 36 der Aktuator 10 gemäß einer dritten Ausführungsform eingebaut ist. Analog zur ersten und zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 ist der Aktuator 10 eine Zylinder-Kolben-Einheit, weshalb die obigen Ausführungen zur Bauform und zum Funktionsprinzip der Zylinder-Kolben-Einheit auch für den in Figur 3 dargestellten Aktuator 10 gelten. Einander entsprechende Bauteile sind dementsprechend mit identischen Bezugszeichen versehen.
Der Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform liegt im wesent- liehen darin, daß der Antikavitations-Druckspeicher 26 in der dritten Ausführungsform nicht direkt an den Aktuator 10 angebaut, sondern in Fluidleitungen 38 des Hydraulikkreislaufs 36 integriert ist. Über die Fluidleitungen 38 ist der Aktuator 10 mit einem Tank 40 verbunden, wobei der Aktuator 10 über die Fluidleitungen 38 sowohl Hydraulikfluid vom Tank 40 aufnehmen als auch Hydraulikfluid in den Tank 40 abgeben kann. Als Druckquelle dient eine in den Hydraulikkreislauf 36 eingebaute Pumpe 42, die den gewünschten Betriebsdruck liefert. Des weiteren umfaßt der Hydraulikkreislauf 36 eine elektrohydraulische Steuereinheit 44, welche die Steuerungselektronik sowie einen Ventilblock aufweist, um den Hydraulikkreislauf entsprechend vorgegebener Parameter zu steuern oder zu regeln.
Die Fluidleitungen 38 weisen beispielsweise flexible Schlauchabschnitte auf, welche jeweils einen Antikavitations-Druckspeicher 26 bilden und dem Aktuator 10 im Bedarfsfall Hydraulikfluid zur Verfügung stellen können. Um ein möglichst großes Fluidvolumen bereitzustellen, weisen die Schlauchabschnitte bevorzugt eine gewisse Elastizität auf. Dadurch verringert sich ausgehend vom Betriebsdruck, d.h. einem Überdruck im Hydraulikkreislauf, bei abfallendem Druck zunächst der Schlauchdurchmesser elastisch bis zum Erreichen des Atmosphärendrucks, was bereits zu einer Freigabe von Hydraulikfluid führt. Fällt der Druck unter den Atmosphärendruck, so kann weiteres Hydraulikfluid zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen aus dem Schlauch nachgesaugt werden, wobei der im wesentlichen kreisrunde Schlauchquerschnitt in einen zunehmend flachen, ovalen Schlauchquerschnitt verformt wird.
In einer Ausführungsvariante ist in der Fluidleitung 38, welche den Rücklauf vom Aktuator 10 zum Tank 40 bildet, eine Drossel 46 vorgesehen. Durch diese
Drossel 46 wird im gesamten Hydraulikkreislauf 36 zwischen der Pumpe 42 und der Drossel 46 ein Minimaldruck eingestellt. Somit herrscht auch im Rücklauf ein
Überdruck, mit dem die Fluidleitungen 38 vorgespannt werden. Insbesondere bei der Verwendung von elastischen Schlauchabschnitten als Antikavitations- Druckspeicher 26 wird durch diese Vorspannung das Volumen vergrößert, welches der Antikavitations-Druckspeicher 26 bei einem Druckabfall bereitstellen kann. Die Drossel 46 ist in Figur 3 zusammen mit einem parallelgeschalteten
Rückschlagventil 48 als gestrichelt umrahmte Baueinheit dargestellt, wobei das
Rückschlagventil 48 ein Nachsaugen von Hydraulikfluid aus dem Tank 40 in die zweite Druckkammer 18 ermöglicht.
Verdickt dargestellte Fluidleitungsabschnitte weisen in Figur 3 auf mögliche Positionen hin, an denen die Fluidleitungen 38 als Antikavitations-Druckspeicher 26 ausgebildet sein können. Bevorzugt sind die Fluidleitungen 38 zwischen der elektrohydraulischen Steuereinheit 44 und dem Aktuator 10 als Antikavitations- Druckspeicher 26 ausgeführt, da durch die Nähe des Antikavitations-Druck- speichers 26 zu den Druckkammern 16, 18 des Aktuators 10 ein schnelles Nachführen von Hydraulikfluid möglich ist und Kavitationserscheinungen folglich sehr zuverlässig verhindert werden.
Insbesondere können die als Antikavitations-Druckspeicher 26 ausgebildeten
Fluidleitungen 38 unmittelbar an die Druckanschlüsse 20, 28 des Aktuators 10 angrenzen, wodurch eine schnellstmögliche Nachführung von Hydraulikfluid aus dem Antikavitations-Druckspeicher 26 in die Druckkammern 16, 18 des Aktuators 10 gewäh rleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulischer Aktuator (10), insbesondere für ein Fahrwerk- stabilisierungssystem, mit einer Druckkammer (16, 18), die durch ein Hydraulikfluid unter Druck gesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (16, 18) mit einem Antikavitations-Druckspeicher (26) verbunden ist, dessen Inhalt in die Druckkammer (16, 18) strömen kann, um ein Auftreten von Kavitation in der Druckkammer (16, 18) zu verhindern.
2. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) das Hydraulikfluid und/oder ein Gas oder Gasgemisch enthält.
3. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) an einem Druckanschluß (20, 28) der Druckkammer (16, 18) angeschlossen ist.
4. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) über ein
Rückschlagventil (22, 30) mit der Druckkammer (16, 18) verbunden ist.
5. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (22, 30) so ausgebildet ist, daß es auch in einer geschlossenen Stellung einen geringen Durchfluß ermöglicht.
6. Hydraulischer Aktuator (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) durch den geringen Durchfluß in der geschlossenen Stellung des Rückschlagventils (22, 30) gefüllt wird.
7. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülle (34) des Antikavitations-Druckspeichers (26) ein elastisches Material aufweist.
8. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) ballonförmig ist.
9. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antikavitations-Druckspeicher (26) schlauchförmig ist.
10. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Aktuator (10) mehrere Druckkammern (16, 18) aufweist, und der Antikavitations-Druckspeicher (26) wenigstens zwei Druckkammern (16, 18) miteinander verbindet.
11. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (10) ein hydraulischer Drehantrieb ist.
12. Hydraulischer Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (10) ein hydraulischer Linearantrieb ist.
13. Hydraulikkreislauf mit Fluidleitungen (38), einem Tank (40) und einem hydraulischen Aktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (10) über die Fluidleitungen (38) mit Hydraulikfluid aus dem Tank (40) versorgt wird und über die Fluidleitungen (38) Hydraulikfluid in den Tank (40) abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fluidleitung (38) wenigstens abschnittsweise als Antikavitations-Druckspeicher (26) ausgebildet ist.
14. Hydraulikkreislauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungen (38) flexible Schlauchabschnitte aufweisen, die den Antikavitations-Druckspeicher (26) bilden.
15. Hydraulikkreislauf nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchabschnitte elastisch sind.
16. Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Rücklauf leitung vom Aktuator (10) zum Tank (40) eine Drossel (46) vorgesehen ist.
17. Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkreislauf (36) eine elektrohydraulische Steuereinheit (44) aufweist, wobei die Fluidleitungen (38) zwischen der elektrohydraulischen Steuereinheit (44) und dem Aktuator (10) wenigstens abschnittsweise als Antikavitations-Druckspeicher (26) ausgebildet ist.
18. Hydraulikkreislauf nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die als Antikavitations-Druckspeicher (26) ausgebildeten Fluidleitungen (38) unmittelbar an die Druckanschlüsse (20, 28) des Aktuators (10) angrenzen.
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