Fluidspeicher

Die Erfindung betrifft einen Fluidspeicher, insbesondere für hydraulische Aktuatoren von Fahrwerkstabilisierungssystemen.

Fluidspeicher sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere in Hydraulikkreisläufen zur raschen Bereitstellung von fehlendem Hydraulikfluid oder zur raschen Aufnahme von überschüssigem Hydraulikfluid eingesetzt. In Systemen zur Fahrwerkstabilisierung ist durch sogenannte Fremdansteuerung eines Aktuators eine Kavitationsgefahr in einer Druckkammer des Aktuators gegeben. Fremdansteuerung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Aktuator nicht infolge einer Zu- oder Abfuhr von Hydraulikfluid eine Bewegung durchführt (Druckansteuerung), 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. Im Zusammenhang mit einer möglichen Fremdansteuerung eines hydraulischen Aktuators ist es zur Verhinderung von Zischgeräuschen durch Kavitation besonders wichtig, für eine schnelle Hydraulikzufuhr zu sorgen. Infolge der inneren Reibung und Massenträgheit des Hydraulikfluids müssen hierfür besondere Vorkehrungen getroffen werden.

Die DE 101 11 551 A beschreibt eine Kolben-Zylinder-Einheit zur

Fahrwerkstabilisierung, die als Dämpfer und hydraulischer Aktuator fungiert. Zur

Lösung des Kavitationsproblems schlägt die DE 101 11 551 A allgemein vor, jede Aktuator-Arbeitskammer mit einer sogenannten Minimaldruck-Versorgungsquelle zu verbinden, aus der Hydraulikfluid nachgesaugt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Kavitationsproblem konkret und mit geringem technischen Aufwand zu lösen.

Zu diesem Zweck ist ein Fluidspeicher vorgesehen, insbesondere für hydrau- lische Aktuatoren von Fahrwerkstabilisierungssystemen, mit einem Gehäuse, das einen Vorratsraum umschließt, und einem Absperrelement, das den Vorratsraum

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fluiddicht in zwei Fluidkammem mit variablem Volumen unterteilt, wobei jede Fluidkammer einen Fluidanschluß aufweist und das Absperrelement zwischen zwei Endstellungen im Vorratsraum bewegbar ist. Dies bietet den Vorteil, daß der Fluidspeicher mittels seiner Fluidkammem bei einer Aktuatorbewegung ein Fluidvolumen zur Verfügung stellen kann. Des weiteren ist der Fluidspeicher ein einfaches, passives Bauelement und ohne große Probleme in einen Hydraulikkreislauf zu integrieren.

Das Absperrelement kann an seinen Endstellungen jeweils einen Fluidanschluß verschließen. Damit verhindert der Fluidspeicher nach der Bereit- Stellung des Fluidvolumens seiner Fluidkammer einen weiteren Fluidfluß und nimmt keinerlei Einfluß mehr auf den Hydraulikkreislauf.

In einer Ausführungsform ist ein Positionsmittel vorgesehen, welches das Absperrelement in eine Ruhestellung mittig im Vorratsraum beaufschlagt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß der Fluidspeicher unabhängig von der Richtung der Aktuatorbewegung in etwa das gleiche Fluidvolumen bereithält.

In einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich das Positionsmittel durch wenigstens eine Fluidkammer. Damit ist eine besonders einfache Bauweise möglich, da sich das Positionsmittel zum einen an einem axialen Ende der Fluidkammer und zum anderen am Absperrelement abstützt.

In dieser Ausführungsform kann das Positionsmittel wenigstens eine Feder sein. Dies ist besonders vorteilhaft, weil Federn sehr preiswerte und dauerhafte Positionsmittel sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Fluidspeicher mit einem hydraulischen Aktuator parallelgeschaltet. Durch diese Anordnung ist mit einem Fluidspeicher eine Reduzierung der Kavitationsgefahr in zwei Aktuatorkammem möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform ausführlich beschrieben. Dabei wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen zeigt:

- Figur 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Fluidspeicher;

- Figur 2 ein Absperrelement des Fluidspeichers aus Figur 1 im Detail;

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- Figur 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fluid- speichers, parallelgeschaltet mit einem hydraulischen Aktuator, in einer Ruhestellung;

- Figur 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fluid- Speichers, parallelgeschaltet mit einem hydraulischen Aktuator, bei einer

Druckansteuerung; und

- Figur 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fluid- speichers, parallelgeschaltet mit einem hydraulischen Aktuator, bei einer Fremdansteuerung.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Fluidspeicher, insbesondere für hydraulische Aktuatoren von Fahrwerkstabilisierungssystemen, mit einem Gehäuse 10, das einen Vorratsraum 12 umschließt, einem Absperrelement 14, das den Vorratsraum 12 fluiddicht in zwei Fluidkammern 16, 18 mit variablem Volumen unterteilt, wobei jede Fluidkammer 16, 18 einen Fluidanschluß 20, 22 aufweist und das Absperrelement 14 zwischen zwei Endstellungen im Vorratsraum bewegbar ist. Das Gehäuse 10 umfaßt eine zylinderförmige Seitenwand 24 sowie eine obere Abdeckkappe 26 und eine untere Abdeckkappe 28. Die Abdeckkappen 26, 28 sind fest und fluiddicht mit der Seitenwand 24 verbunden. Ferner weisen die Abdeckkappen 26, 28 jeweils einen mittigen Fluidanschluß 20, 22 auf. Das Absperrelement 14 wird durch ein Positionsmittel in eine Ruhestellung mittig im Vorratsraum 12 beaufschlagt. Das Positionsmittel umfaßt in Figur 1 zwei Federn 30, die sich jeweils durch eine Fluidkammer 16, 18 erstrecken. Dabei liegt jeweils ein Ende der Federn 30 am Absperrelement 14 an, das andere Ende umgibt den Fluidanschluß 20 bzw. 22 und greift an einer Vertiefung 32 bzw. 34 der Abdeckkappen 26, 28 an. Die Vertiefungen 32, 34 der Abdeckkappen 26, 28 sind jeweils dem Vorratsraum 12 zugewandt und so ausgebildet, daß sie jeweils eine der Federn 30 in ihrem zusammengedrückten Zustand aufnehmen können. Folglich ist es möglich, daß jeweils ein axiales Ende des Absperrelements 14 am Rand der Abdeckkappen 26 bzw. 28 angreift und damit eine obere und untere Endstellung des Absperrelements 14 definiert wird.

Figur 2 zeigt das Absperrelement 14 im Detail, mit einer oberen axialen Dichtung 36, einer unteren axialen Dichtung 37 und einer radialen Dichtung 38. Die radiale Dichtung 38 ist so ausgebildet, daß sie an der Seitenwand 24 des

Gehäuses 10 gleitbar anliegt. Dabei entsteht eine weitgehend fluiddichte Verbindung mit üblichen Schmier- und Leckageverlusten. Bei auftretenden Druckunterschieden zwischen den Fluidanschlüssen 20, 22 bewegt sich das Absperrelement 14 abhängig von einer Federhärte und einer möglichen Vorspannung der Federn 30 zwischen der oberen und unteren Endstellung. Insbesondere in diesen Endstellungen können die Druckunterschiede an den Fluidanschlüssen sehr groß werden. Daher wird die radiale Dichtung 38 in den Endstellungen von der axialen Dichtung 36 bzw. 37 unterstützt. Dabei wird die axiale Dichtung 36, 37 des Absperrelements 14 durch den Druckunterschied auf den Randbereich der Abdeckkappen 26, 28 gedrückt und verhindert einen Fluidfluß durch den Fluidspeicher 8 (siehe insbesondere Figur 4 und 5). Das Absperrelement 14 verschließt also an seinen Endstellungen jeweils einen Fluidanschluß 20, 22.

Figur 3 zeigt einen Aktuator 40 in Kolben-Zylinder-Bauweise. Ein Kolben 42 unterteilt dabei einen Zylinder 44 in zwei Druckkammern 46, 48. Der Fluidspeicher 8 ist mit dem hydraulischen Aktuator parallelgeschaltet. Dies bedeutet, daß jeweils eine Fluidkammer 16, 18 mit einer Druckkammer 46, 48 über eine obere Fluidleitung 50 bzw. eine untere Fluidleitung 52 in Verbindung steht. Figur 3 zeigt diese Parallelschaltung für den Fall, daß entweder kein Druck, oder gleicher Druck an den Druckkammern anliegt. Der Kolben 42 bzw. das Absperrelement 14 befinden sich in einer mittigen Ruhestellung im Zylinder 44 bzw. im Vorratsraum 12.

Zur klareren Darstellung ist in den Fig. 3-5 der Fluidspeichers 8 im Verhältnis zum Aktuator 40 stark vergrößert gezeichnet. Für die Verhinderung der Kavitation wird lediglich ein, im Verhältnis zum Volumen der Druckkammern 46, 48, kleines Volumen benötigt.

Figur 4 zeigt die Parallelschaltung des Aktuators 40 mit dem Fluidspeicher 8 aus Figur 3 bei einer Druckansteuerung. Im Vergleich zu Figur 3 wurde in der oberen Fluidleitung 50 der Druck erhöht. Dies geschieht z.B., wenn ein mit dem Kolben 42 gekoppeltes Fahrzeugrad relativ zu der mit dem Zylinder 44 gekoppelten Fahrzeugkarosserie nach unten bewegt werden soll. Die Fluidleitungen sind zu diesem Zweck mit einer Druckquelle, beispielsweise einer Pumpe (nicht gezeigt) gekoppelt. Der hohe Druck liegt dabei nicht nur an der

Druckkammer 46 des Aktuators 40, sondern auch an der oberen Fluidkammer 16 des Fluidspeichers 8 an. Damit bewegt sich das Absperrelement 14 bis in die untere Endstellung, wobei das Fluid der unteren Fluidkammer 18 aus der Kammer hinausgedrückt wird, bis die untere axiale Dichtung 37 am Rand der unteren Abdeckkappe 28 anliegt und einen weiteren Fluidfluß absperrt. Aufgrund des geringen Fluidvolumens in den Fluidkammern 16, 18 im Verhältnis zu den Druckkammern 46, 48 wird durch die Parallelschaltung des Fluidspeichers die Ansprech- und Reaktionszeit des Aktuators allenfalls unerheblich erhöht.

Figur 5 zeigt die Parallelschaltung aus Figur 3 und 4 bei Fremdansteuerung. Dabei führt z.B. der Kolben 42 eine erzwungene Bewegung relativ zum Zylinder nach unten aus. Damit erhöht sich der Druck in der unteren Druckkammer 48 und verringert sich der Druck in der oberen Druckkammer 46 des Aktuators 40 schlagartig. Durch den Druckabfall in der oberen Druckkammer besteht Kavitationsgefahr. Da der Fluidspeicher 8 zum Aktuator 40 parallelgeschaltet ist, liegt auch hier am unteren Fluidanschluß 22 ein höherer Druck als am oberen Fluidanschluß 20 an. Es entsteht eine Saugwirkung am oberen Fluidanschluß 20 und gleichzeitig ein überdruck am unteren Fluidanschluß 22. Damit bewegt sich das Absperrelement 14 nach oben und führt der oberen Druckkammer 46 des Aktuators 40 das in der oberen Fluidkammer 16 befindliche Fluid zu. Durch die räumliche Nähe der Fluidkammern 16, 18 und der Druckkammern 46, 48 geschieht dies sehr rasch, wodurch ein Auftreten von Kavitation im Aktuator 40 verhindert ist.