DE19931208A1 - Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem mit mindestens einem mit Flüssigkeit gefüllten druckdichten Betätigungsraum, vorzugsweise gebildet und nach außen begrenzt von einem oder mehreren Zylindern, darin verschieblichen Kolben und verbindenden Leitungen. Um die temperaturbedingten Volumenschwankungen der Flüssigkeit auszugleichen, wird vorgeschlagen, daß jeder Betätigungsraum über ein Drosselelement, das vorzugsweise als poröses Sinterteil ausgebildet ist, mit einem abgeschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten, volumenveränderlichen Aufgleichsraum verbunden ist und daß jeder Kolben in festgelegten Stellungen rastbar ist, wobei mehrere Kolben ineinander zugeordneten Stellungen rastbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem mit mindestens einem mit Flüssigkeit gefüllten druckdichtem Betätigungsraum, vorzugsweise gebildet und nach außen begrenzt von einem oder mehreren Zylindern, darin verschieblichen Kolben und verbindenden Leitungen.

Derartige Systeme sind bekannt. Sie finden beispielsweise Verwendung als Stelleinrichtung für Ventile oder als Einrichtung zum Schalten von Getrieben, wobei in diesen Fällen zwei Kolben - Zylinder - Einheiten durch Druckleitungen miteinander verbunden sind und die eine Einheit als Geber und die andere als Nehmer dient. Als Betriebsflüssigkeit werden meistens Mineralöle oder synthetische Öle, aber auch Emulsionen oder Bremsflüssigkeit eingesetzt.

Die Stellungen von Geber und Nehmer sind einander zugeordnet und dürfen sich nicht verändern. Das größte Problem hierbei ist die Tatsache, daß Flüssigkeiten bei Temperaturschwankungen ihr Volumen vergrößern oder verkleinern. Bei einfach wirkenden Systemen bedeutet dies, daß zum Beispiel bei festgesetztem Geberkolben der Nehmerkolben seine Stellung je nach Temperatur verändert, daß also die feste Zuordnung nicht gegeben ist, was häufig zu Störungen führt. Bei einem doppelt wirkenden System steigt entweder der Flüssigkeitsdruck bei Temperaturanstieg stark an, was zu Schäden führen kann, oder es muß eine Anordnung gewählt werden mit einem vorgegebenen temperaturabhängigen Leerweg, was Ungenauigkeiten in der Betätigung mit sich bringt.

Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene Wege aufgezeigt. In DE 17 50 087 wird vorgeschlagen, die Flüssigkeit und die Werkstoffe der Systemkomponenten so auszuwählen, daß bei Temperaturänderungen das Volumen der Flüssigkeit sich in gleichem Maße ändert wie der von den Komponenten umschlossene Betätigungsraum. Abgesehen davon, daß sich praktisch nur für Wasser- Glykol-Gemische Materialien finden lassen, mit denen sich der Vorschlag zumindest theoretisch realisieren läßt, nicht aber für Öl mit seinem vergleichsweise hohen Ausdehnungskoeffizienten, dürfte es schwierig sein, die Volumendehnung komplexer Teile wie Zylinder oder Ventile annähernd zu kompensieren.

Aus DE 20 32 771 ist eine Stellvorrichtung bekannt, bei der eine Temperatur­ kompensation erfolgt in der Weise, daß an der Gebereinheit Ventilsysteme vorhanden sind, die im Ruhezustand einen Volumenausgleich ermöglichen und bei Betätigung geschlossen werden. Dieses System ist außerordentlich kompliziert im Aufbau und erfüllt die Funktion nur, wenn beide Betätigungsräume gleiche Temperatur haben.

Schließlich ist in EP 0 799 145 B1 ein hydraulisches Betätigungssystem für die Gangschaltung an Fahrrädern offenbart. Hier ist beim einfach wirkenden System ein Ausgleichszylinder vorgesehen, der die Volumenschwankungen ausgleicht und dessen Kolben von einer Volumenvergleichseinrichtung gesteuert wird. Diese enthält ein Flüssigkeitsvolumen, das exakt demjenigen im Betätigungsraum entspricht und sich somit um den gleichen Betrag ausdehnt. Ein von diesem Referenzvolumen gesteuerter verstellbarer, federbelasteter Anschlag dient als Gegenlager für den Kolben des Ausgleichszylinders. Hier liegt die Schwierigkeit darin, daß die Vergleichseinrichtung eine andere Temperatur haben kann als die entfernt liegenden Zylinder und Leitungen und daß die Wärmedehnung der genannten Teile selbst nicht berücksichtigt werden kann.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, für geschlossene hydraulische Betätigungs­ systeme eine Einrichtung zum Ausgleich der temperaturbedingten Volumen­ schwankungen der Flüssigkeit vorzuschlagen, die einfach ist, unabhängig von der räumlichen Anordnung des Systems und ohne wesentlichen Druckanstieg arbeitet und unerwünschte Kolbenbewegungen verhindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das poröse Sinterteil läßt es zu, daß bei Volumenänderungen durch Temperatur­ schwankungen, die sich in jedem Fall sehr langsam auswirken, wegen des entstehenden Druckunterschiedes zwischen Betätigungsraum und Ausgleichsraum langsam Flüssigkeit durch das Drosselelement strömt und dieser Druckunterschied damit abgebaut wird. Andererseits wird wegen der erheblichen Drosselwirkung des Sinterteils verhindert, daß beim Betätigen des Geberkolbens während der relativ kurzen Betätigungszeit trotz des dabei entstehenden hohen Arbeitsdruckes im Betätigungs­ raum eine solche Menge Flüssigkeit durch die Poren dieses Sinterteils dringt, die zu . einer relevanten Verschiebung der einander zugeordneten Stellungen zwischen Geber und Nehmer führen würde. Die Verwendung eines Elementes mit den beschriebenen Eigenschaften zum Ausgleich von Volumenschwankungen ist der Kern der Erfindung.

Ein derartiges System kann in vorteilhafter Weise zum Schalten von Getrieben in Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Wahl der Positionen an Automatikgetrieben verwendet werden, wobei die exakten Stellungen von Geber im Fahrgastraum und Nehmer am Getriebe durch die Rasten festgelegt sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sinterteil einen Laminardurchmesser - das ist der Durchmesser einer runden Kapillare mit den gleichen Strömungsverhältnissen wie eine Pore im Sinterelement - von etwa 4 Mikrometer hat bei einer Länge von 2-10 mm.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein doppeltwirkendes Betätigungssystem in Schnittdarstellung,

Fig. 2 ein Stellsystem mit Sperreinrichtung in Schnittdarstellung.

Das erfindungsgemäße doppeltwirkende Betätigungssystem nach Fig. 1 besteht aus 2 Zylindereinheiten 10 und 20. Jede Einheit enthält einen Zylinder 11, 21 mit einer Bohrung 12, 22, in der ein Kolben 13, 23 axialverschieblich geführt ist. Das offene Ende der Zylinder 11, 21 ist mit je einem Deckel 14, 24 verschlossen. Durch diese Deckel hindurch erstrecken sich die mit den Kolben 13, 23 fest verbundenen Kolbenstangen 15, 25. Jeder Zylinderraum wird von den Kolben in jeweils 2 Räume 16, 17 bzw. 26, 27 geteilt. Die Räume sind durch Dichtungen 181, 182 bzw. 281, 282 gegeneinander und nach außen abgedichtet.

Die Zylindereinheiten 10 und 20 sind durch druckdichte Leitungen 31, 41 verbunden. Die Räume 16, 26 und das Innere der Leitung 31 bilden den Betätigungsraum 30, die Räume 17, 27 und das Innere der Leitung 41 den Betätigungsraum 40. Beide Betätigungsräume sind mit Flüssigkeit gefüllt. Eine Verschiebung des Kolbens 13 nach unten (in Fig. 1) über die Kolbenstange 15 bewirkt somit, daß der Raum 16 sich verkleinert und Flüssigkeit über die Leitung 31 in den Raum 26 gedrückt wird, so daß der Kolben 23 sich nach oben bewegt. Gleichzeitig verkleinert sich der Raum 27 und über die Leitung 41 wird Flüssigkeit in den Raum 17 gefördert.

Steigt nun die Flüssigkeitstemperatur in den Betätigungsräumen 30, 40, z. B. durch Änderung der Außentemperatur oder weil ein in der Nähe angeordneter Motor Wärme abgibt, so vergrößert sich das Flüssigkeitsvolumen. Dieser Volumenzuwachs kann ohne Ausgleichseinrichtung nur durch elastische Verformung der Zylinder und der Leitungen aufgenommen werden, wodurch der Druck in den Betätigungsräumen erheblich ansteigt und letztlich ein Bauteil zerstört wird. Bei sinkender Temperatur würde sich ein Unterdruck bilden, was Gasblasen zur Folge hätte.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß jeder Betätigungsraum 30, 40 mit einem Ausgleichsraum 32, 42 verbunden ist, der Flüssigkeit aufnehmen oder abgeben kann. Diese Ausgleichsräume werden beispielsweise gebildet von je einem Ausgleichs­ zylinder 33, 43 und einem darin verschieblichen Ausgleichskolben 34, 44, der von je einer Feder 35, 45 belastet ist, so daß in den Ausgleichsräumen 32, 42 und den zugehörigen Betätigungsräumen 30, 40 ein geringer Vordruck herrscht, der größer ist als der atmosphärische Druck, jedoch klein im Verhältnis zum Betriebsdruck.

Die Ausgleichsräume 32, 42 können auch auf andere Weise erzeugt werden, z. B. durch einen dehnbaren Balg aus elastomerem Werkstoff.

Zwischen jedem Betätigungsraum 30, 40 und zugehörigem Ausgleichsraum 32, 42 ist ein Drosselelement 36, 46 angeordnet in der Weise, daß der Flüssigkeitsaustausch nur über dieses stattfinden kann. Das Drosselelement ist als fester Körper mit einer Vielzahl kleinster Poren ausgebildet. Am vorteilhaftesten wird hierfür ein Sinterteil verwendet. Die Porengröße und damit die Drosselwirkung kann in weiten Grenzen bestimmt und den Gegebenheiten angepaßt werden, und das Teil ist kostengünstig herzustellen.

Die Kolben 13, 23 sind gemäß der Erfindung mit Rasteinrichtungen 50, 60 versehen, wobei beispielsweise Rasten 51, 61 in den Kolbenstangen mit ortsfesten Rastkörpern 52, 62 zusammenwirken. Dabei ist jeder Raststellung der einen Kolbenstange 15 eine solche der anderen Kolbenstange 16 zugeordnet. Nur während der Bewegung von einer Rastposition in eine andere wird im Betätigungssystem der zur Übertragung der Nutzkraft notwendige hohe Druck aufgebaut. Bei dieser schnellen, sprunghaften Bewegung verhindert die erhebliche Drosselwirkung der Drosselelemente 36, 46 und die kurze Zeit des anstehenden Differenzdruckes den Durchtritt von Flüssigkeit in die Ausgleichsräume 32, 42 was zu einer Verschiebung der Zuordnung der Raststellungen führen würde. Bei dem äußerst langsamen und lang dauernden Druckanstieg bei Temperaturänderungen dagegen tritt Flüssigkeit durch die Drosselelemente 36, 46 hindurch und läßt den Druck nur unwesentlich steigen.

Im Ruhezustand werden die Kolben 13, 23 in ihrer Position durch die Rasteinrichtungen 50, 60 gehalten, der Druck sinkt auf den beschriebenen geringen Vordruck ab. Die Rastkräfte sind dabei so ausgelegt, daß sie größer sind als die vom Vordruck her­ rührenden Kräfte auf die Kolben 13, 23 und größer als die im Ruhezustand ständig von außen auf die Kolben wirkenden Kräfte.

Selbstverständlich kann das System auch in einfach wirkender Ausführung Verwendung finden. In diesem Fall würden der Betätigungsraum 40, die Leitung 41 und die Aus­ gleichseinrichtung 42 bis 46 entfallen, die Räume 17 und 27 wären drucklos und belüftet.

Das erfindungsgemäße Stellsystem entsprechend Fig. 2 besteht aus einem Zylinder 70, einem darin verschieblichen Kolben 71 mitdurchgehender Kolbenstange 72.

Der Kolben 71 bildet zusammen mit dem Zylinder 70 zwei Räume 73 und 74, die über Drosselelemente 36, 46 mit den Ausgleichsräumen 32, 42 verbunden sind. Die Ausgleichseinrichtungen entsprechen den beim doppelt wirkenden Betätigungssystem beschriebenen. Die Kolbenstange enthält einseitig eine Rasteinrichtung 50.

Die beiden Räume 73 und 74 sind über die Leitung 75 miteinander verbunden. In der Leitung befindet sich eine Sperreinrichtung 76, mittels der der Flüssigkeitsstrom zwischen Raum 73 und Raum 74 entweder freigegeben oder gesperrt wird. Die Sperr­ einrichtung kann beispielsweise ein elektromagnetisch betätigtes 2-Stellungs-Ventil sein. Sie kann dazu dienen, bei bestimmten Betriebszuständen eine Verstellung zu unterbinden, z. B. den Wählhebel eines automatischen Getriebes aus der Parkstellung auszurücken. Auch hier sorgen die beiden Ausgleichsräume 32 und 42 mit den Drosselelementen 36, 46 dafür, daß sich kein unzulässig hoher Druck im Zylinder 70 aufbaut.

Claims (8)

1. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem mit mindestens einem mit Flüssigkeit gefüllten druckdichten Betätigungsraum, vorzugsweise gebildet und nach außen begrenzt von einem oder mehreren Zylindern, darin verschieblichen Kolben und verbindenden Leitungen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Betätigungsraum (30, 40; 73, 74) über ein Drosselelement (36, 46), das als fester Körper mit einer Vielzahl kleinster Poren ausgebildet ist, mit einem abgeschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten, volumen­ veränderlichen Ausgleichsraum (32, 42) verbunden ist, und daß jeder Kolben (13, 23; 71) in festgelegten Stellungen rastbar ist, wobei mehrere Kolben in einander zugeordneten Stellungen rastbar sind.

2. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (36, 46) ein poröses Sinterteil ist.

3. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterteil (36, 46) einen Laminar­ durchmesser von vorzugsweise etwa 4 Mikrometer und eine Länge von 2-10 mm aufweist.

4. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (32, 42) durch einen Ausgleichszylinder (33, 43) und einen darin verschieblichen, federbelasteten Ausgleichskolben (34, 44) gebildet wird.

5. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (32, 42) von einem dehnbaren Balg aus elastomerem Werkstoff gebildet wird.

6. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Ausgleichsraum (32, 42) größer ist als der atmosphärische Druck, jedoch klein im Verhältnis zum Betriebs­ druck beim Betätigen des Systems.

7. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kolbenstangen (15, 25; 72) Rasten (51, 61) angebracht sind, die mit ortsfesten Rastkörpern (52, 62) zusammenwirken.

8. Geschlossenes hydraulisches Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte, die die Kolben (13, 23; 71) in ihren Raststellungen halten, größer sind als die vom Druck im Ausgleichsraum (32, 42) herrührenden Kräfte auf die Kolben (13, 23; 71) und größer als die im Ruhe­ zustand ständig von außen auf die Kolben wirkenden Kräfte.