Hydac Electronic GmbH, Hauptstr. 27, 66128 Saarbrücken

Druckübersetzungsvorrichtung und ihre Verwendung in einer Aktuatorsteuervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckübersetzungsvorrichtung, insbesondere für die Verwendung bei Motorlagerungen, sowie ihre Verwendung in einer Aktuatorsteuervorrichtung.

Durch die EP 1 580 452 A1 ist ein hydraulisch gedämpftes Aggregatelager für Kraftfahrzeuge bekannt, das unter anderem für eine Motorlagerung eingesetzt werden kann, bei der mittels des Aggregate I agers Schwingungen des Verbrennungsmotors bei seinem Betrieb von Chassisteilen des Kraftfahrzeuges entkoppelt werden können, wobei auch in umgekehrter Richtung Schwingungen der Kraftfahrzeugchassis während des Fahrbetriebes vom Motor entkoppelbar sind, um derart die Laufruhe des Motors zu erhöhen.

Bei der bekannten Lösung dient für die Realisierung des Aggregate I agers eine mit Hydraulikflüssigkeit als Fluidmedium befüllte Hydraulikkammer, die mit einem zusätzlich gasgefüllten Ausgleichsraum in Wirkverbindung steht. Ferner ist bei der bekannten Lösung eine Regel- und/oder Steuereinrichtung vorgesehen, die einerseits mit einer Druckmittelquelle und andererseits mit dem Aggregatelager verbunden ist für eine geregelte und/oder gesteuerte Druckänderung in der genannten Hydraulikkammer und/oder im Ausgleichsraum. In der praktischen Realisierung ist für das Aggregate I ager

ein Lagerkern eingesetzt, ein karosseriefestes, dächerförmiges Lagergehäuse sowie zwei zwischen dem Lagerkern und dem Lagergehäuse angeordnete und funktionell voneinander getrennte gummielastische Lagerkörper, an die zwei durch einen Düsenkörper unterteilte und mit Hydraulikflüssigkeit be- füllte Hydraulikkammern anschließen, wobei die untere, den Lagerkörpern nicht unmittelbar benachbarte Hydraulikkammer von einer bewegbaren Membran begrenzt ist, die den Ausgleichsraum unterhalb der Membran im Lagergehäuse abschließt. Das bekannte Aggregatelager ist hinsichtlich seiner statischen und dynamischen Eigenschaften verbessert an die Betriebs- bedingungen in Kraftfahrzeugen angepaßt und konstruktiv einfach ausgebildet. Die jeweils gummielastischen Lagerkörper, die zumindest teilweise an das Gehäuse des Aggregateiagers anvuikanisiert sind und je nach Belastungsrichtung in gegenläufiger Richtung auf Druck und Schub beansprucht werden, lassen als grundsätzlich konzipiertes Verschleißteil aber noch Wünsche offen, was einen lang andauernden und funktionssicheren Betrieb anbelangt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Druckübersetzungsvorrichtung zu schaffen, die in hohem Maße funktionssicher und lang andauernd im Betrieb ist, kostengünstig realisiert werden kann und wenig Einbauraum benötigt. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Aktuatorsteuervorrich- tung zu schaffen unter Einsatz der genannten Druckübersetzungsvorrichtung mit der Maßgabe des Erhalts derselben Vorteile, wie vorstehend darge- legt. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Druckübersetzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Aktuatorsteuervor- richtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9.

Die erfindungsgemäße Druckübersetzungsvorrichtung weist eine in einem Gehäuse verfahrbare Kolbeneinrichtung auf, die auf ihrer Eingangsseite einen hohen Fluiddruck bei niedrigem Volumenstrom in einen niedrigen

Fluiddruck bei hohem Volumenstrom auf ihrer Ausgangsseite übersetzt. Mit der erfindungsgemäßen Druckübersetzungsvorrichtung ist es insofern möglich, eine Hochdruckeingangsseite auf eine Niederdruckausgangsseite zu transformieren, um dergestalt zur Ansteuerung eines hydraulischen Ver- brauchers (Aktuators) auf der Ausgangsseite diesen ansteuerungsgerecht mit relativ niedrigem Druck bei hohem Volumenstrom versorgen zu können. Die genannte Kolbeneinrichtung läßt sich funktionssicher verzögerungsfrei ansteuern und weist keine Verschleißteile auf, die einem lang andauernden, funktionssicheren Betrieb entgegenstehen könnten. Da im übrigen mit der Kolbeneinrichtung der Druckübersetzungsvorrichtung sich die benötigten Druckübersetzungsverhältnisse konstruktiv einfach einstellen und vorgeben lassen, läßt sich eine Art Baukastensystem realisieren, bei dem man abhängig von den Erfordernissen durch geeignete Auswahl der Einzelkomponenten bedarfsgerecht die jeweilige Druckübersetzung im vorgebbaren Rah- men vorgeben kann. Je nach benötigtem übersetzungsverhältnis baut jedenfalls die Kolbeneinrichtung klein auf und benötigt insoweit wenig Einbauraum, was grundsätzlich bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen von Vorteil ist. Auch läßt sich ein geringes Herstellgewicht realisieren, was sich wiederum kraftstoffsparend auswirkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckübersetzungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Kolbeneinrichtung mindestens zwei Steuerkolben aufweist, von denen ein Steuerkolben mit der kleineren Querschnittsfläche dem hohen Fluiddruck zugewandt ist und ein Steuerkolben mit dem gegenüber größerer Querschnittsfläche dem niedrigen Fluiddruck. Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass zwischen den beiden benachbart angeordneten Steuerkolben der Kolbeneinrichtung ein Medienraum mit veränderlichem Aufnahmevolumen vorhanden ist, der im Betrieb ein Fluid-Luftgemisch beinhaltet. Mit den vorstehend genannten konstrukti- ven Maßnahmen ist ein hemmfreier Betrieb der Druckübersetzungsvorrich-

tung gegeben mit einem entsprechend guten Wirkungsgradverhältnis zwischen Fluiddruckeingangsseite und Fluiddruckausgangsseite.

Erfindungsgemäß ist weiter eine Aktuatorsteuervorrichtung vorgesehen, ins- besondere für die Verwendung bei Motorlagerungen, bei der mindestens ein Aktuator auf seiner Versorgungsseite an die Ausgangsseite der vorstehend genannten Druckübersetzungsvorrichtung angeschlossen ist, die auf ihrer Eingangsseite wiederum an eine Fluidversorgungseinrichtung angeschlossen ist. Die genannte Aktuatorsteuervorrichtung mit Versorgung der Eingangsseite der Druckübersetzungsvorrichtung und Abruf des Ansteuer- fluids für einen Aktuator auf der Ausgangsseite, braucht nicht auf den Einsatz bei Motoriagerung im skizzierten Sinne beschränkt zu sein, sondern kann insgesamt dem Ansteuern von Aktuatoreinheiten dienen, beispielsweise im Rahmen von Federungssystemen bei Arbeitsmaschinen, wie Kabinen- federungen und dergleichen mehr.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind Gegenstand der sonstigen Unteransprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Lösung anhand verschiedener Ausführungsformen nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die

Fig.1 bis 4 verschiedene Schnittdarstellungen durch die erfindungsgemäße Druckübersetzungsvorrichtung;

Fig.5 und 6 einmal im Längsschnitt, einmal in einer gegenüber dem genannten Schnitt um 90° versetzte Ansicht auf eine gegenüber den Fig.1 bis 4 vergrößert dargestellte Steuerstablösung, wobei die Fig.6 keine maßstäbliche

Wiedergabe der Fig.5 ist und insoweit nur die Grundprinzipien verdeutlichen soll;

Fig.7 eine perspektivische Ansicht auf die Drucküberset- zungsvorrichtung nach den Fig. 1 bis 4;

Fig.8 in der Art eines hydraulischen Schaltplans eine Aktua- torsteuervorrichtung für eine sog. Motorlagerung unter Einsatz der Druckübersetzungsvorrichtung nach den Fig.1 bis 4 sowie 7.

Die in Fig.1 dargestellte Druckübersetzungsvorrichtung weist ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse auf. Das dahingehende Gehäuse 10 weist eine zylindrische Umfassungswand 12 auf, die nach oben und unten hin von zwei Deckelteilen 14,16 begrenzt ist. Zwischen das untere Deckelteil 16 und den unteren Abschluß der zylindrischen Umfassungswand 12 ist ein Gehäuseteil 18 eingesetzt, das zu seiner Mitte hin ein nach oben hin vorstehendes zylindrisches Wandsegment 20 aufweist, das der Führung eines Steuerkolbens 22 dient, der als Hochdruckkolben ausgebildet ist. Der Steuerkolben 22 verjüngt sich gemäß der Darstellung nach der Fig.1 in Stufen nach oben hin und bildet im oberen Endbereich eine Aufnahme für einen weiteren Steuerkolben 24 aus, dessen äußerer Rand nach unten hin vorspringt und über eine vorgebbare Verlaufstrecke an einem inneren Wandsegment 26 der Umfassungswand 12 längsverfahrbar geführt ist.

Für den Aneinanderhalt der einzelnen Gehäuseteile dienen Schraubverbin- düngen in der Art von Zugankern 28. Im oberen Deckelteil 14 befindet sich die Ausgangsseite 30 der Druckübersetzungsvorrichtung in der Art einer

fluidführenden Anschlußstelle. Auf der gegenüberliegenden und darunterliegenden Seite ist in der Art einer Einschraubpatrone die fluidführende Eingangsseite der Druckübersetzungsvorrichtung realisiert, die als Hochdruckeingang ausgebildet ist, wohingegen an der Ausgangsseite 30 aufgrund der noch zu beschreibenden Druckübersetzung demgegenüber ein niedriger Druck ansteht, den man auch als „Mitteldruck" klassifizieren könnte. Zwischen der Oberseite des Steuerkolbens 24 und der benachbart gegenüberliegenden Unterseite des oberen Deckelteils 14 ist ein erster Fluidraum 34 gebildet, der bei dem angesprochenen Mitteldruck ein relativ großes Fluid- volumen aufnehmen kann. Auf der Hochdruckeingangsseite 32 mündet der Fluidhochdruck in einen zweiten Fluidraum 36 mit dem gegenüber geringerem Volumenaufnahmevermögen. Zwischen den beiden Steuerkolben 22,24 und den zuordenbaren Gehäuseabschnitten ist ein dritter Fluidraum 38 vorhanden, der neben dem eingesetzten Fluid, insbesondere in Form von Hydraul iköl, auch noch Luft beinhalten kann.

Je nach Verfahrsituation der beiden miteinander gekoppelten Steuerkolben 22,24 sind in den einzelnen Fluidräumen 34,36,38 unterschiedliche Fluid- volumina beinhaltet. Im übrigen bildet der dritte Fluidraum 38 in Relation zu den anderen beiden Fluidräumen 34,36 eine Art Niederdruckraum aus, da der dahingehende Raum 38 an eine Niederdruckseite angeschlossen ist, im vorliegenden Fall realisiert durch die Tankanschlußseite T (vgl. Fig.2). Der Steuerkolben 22 weist eine in der Längsrichtung der Vorrichtung gelegene Mittenausnehmung 40 auf, die an ihrem oberen freien Ende in den ersten Fluidraum 34 mündet. In die Mittenausnehmung 40 ist ein Steuerstab 42 eingesetzt, der in den Fig.5 und 6 vergrößert wiedergegeben ist. Der Steuerstab 42 ist auf seiner in Blickrichtung auf die Fig.1 gesehen unteren Endseite mittels einer Halterung 44 im unteren Deckelteil 16 gehalten, das insoweit nach unten hin vorstehend ausgebildet ist und in den dahingehen- den zylindrischen überstand greift gemäß Darstellung nach der Fig.1 von der linken Seite her der Hochdruckanschluß 32 ein.

Die Fig.2 stellt gegenüber der Fig.1 einen gegenüber der Längsachse der Druckübersetzungsvorrichtung um 90° gedrehten weiteren Längsschnitt dar und die hiermit in Verbindung stehenden Einzelheiten werden nachstehend wie folgt erläutert.

Auf der Innenseite der zylindrischen Umfassungswand 12 ist ein umlaufender Ringkanal 46 eingebracht, der in Form einer Tankanschlußleitung Ti auf die Gesamtniederdruckseite oder Tankanschlußseite T führt. Des weiteren weist das Wandsegment 20 des Gehäuseteils 18 auf seiner Innenseite einen zweiten umlaufenden Ringkanal 48 auf, der in eine weitere Tankanschlußleitung T ₂ mündet, die wiederum an die Niederdruck- oder Tankanschlußseite T angeschlossen ist. Der jeweilige Ringkana! 46,48 ist im zuordenba- ren Wandabschnitt des Gehäuses 10 derart angeordnet, dass in jeder Verfahrstellung der Steuerkolben 22,24 eine überdeckung realisiert ist, wobei sich insoweit die Länge der Leckageabschnitte 50 bzw. 52 zwischen jeweiligem Kolben- und Wandabschnitt je nach Steuerposition der Kolben 22,24 ändert. So kann beispielsweise je nach eingestellter Drucksituation über den Leckageabschnitt 50 Hochdruckfluid aus dem zweiten Fluidraum 36 in die Tankanschlußleitung T ₂ über den Ringkanal 48 verdrängt werden. Ent- sprechend kann Fluid mit mittlerem Druck aus dem ersten Fluidraum 34 über den oberen Leckageabschnitt 52 und den Ringkanal 46 in die Tankanschlußleitung Ti verdrängt werden. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass von einem höheren Druckniveau aus Medium in den dritten Fluidraum 38 gelangen kann, der ein öl-Luft-Gemisch beinhaltet sowie ein sehr niedriges Druckniveau aufweist.

Dass im dritten Fluidraum 38 nur ein niedriges Druckniveau herrscht, liegt daran, dass gemäß den Schnittdarstellungen nach den Fig.3 und 4 der dritte Fluidraum 38 über einen Sauganschluß 54 (vgl. Fig.3) an eine Saugleitung 56 (vgl. Fig.8) anschließbar ist sowie über einen Abströmanschluß 58 (vgl. Fig.4) an eine Abströmleitung 60 (vgl. Fig.8). Sowohl in den Sauganschluß

54 als auch in den Abströmanschluß 58 der Druckübersetzungsvorrichtung ist ein Rückschlagventil 62 bzw. 64 eingesetzt, das in Richtung des dritten Fluidraums 38 hin öffnet bzw. schließt. Bewegt sich demgemäß die Steuerkolbeneinheit 22,24 in Blickrichtung auf die Fig.1 und 2 gesehen nach oben hin, vergrößert sich der dritte Fluidraum 38 und über den Sauganschluß 54 kann entsprechend Luft nachströmen, wohingegen bei sich verkleinerndem Fluidraum 38 bei umgekehrter Steuerkolbenbewegung nach unten hin über den Abströmanschluß 58 Fluid aus dem Fluidraum 38 verdrängt wird. Beim Ansaugvorgang ist dann also das erste Rückschlagventil 62 geöffnet und das zweite Rückschlagventil 64 in der Schließstellung.

Wird Fluid aus dem dritten Fluidraum 38 verdrängt, ist wiederum das erste Rückschlagventil 62 im Sauganschluß 54 geschlossen und das zweite Rückschlagventil 64 geöffnet (s. hierzu auch Schaltplandarstellung nach der Fig.8).

Da über den Steuerstab 42 auch Hochdruckfluid von zweitem Fluidraum 36 in den ersten Fluidraum 34 gelangen kann, wird die dahingehende Stabkonstruktion anhand der Darstellung nach den Fig.5 und 6 näher erläutert. An der Unterseite des Steuerstabes 42 ist ein Fußteil 66 angeordnet für den Angriff der entsprechenden Halterung 44, die insoweit mittels einer

Schraubverbindung im unteren Deckelteil 16 festgelegt ist, so dass insoweit eine Einstellmöglichkeit für den Steuerstab 42 geschaffen ist. Oberhalb des Fußteils 66 ist ein zylindrisches Abdichtteil mit einer gleichfalls leckagebehafteten Abdichtfläche 68 vorhanden, die insoweit wiederum einen Lecka- geabschnitt 70 bildet mit den zugeordneten Innenwandabschnitten des Steuerkolbens 22, gebildet durch die Mittenausnehmung 40. Wie insbesondere die Fig.6 zeigt, verjüngt sich dann der Steuerstab 42 nach oben hin und erweitert sich dann wiederum unter Bildung eines Endteils 72, das von der Durchmessersituation her zylindrisch ausgebildet ist, so dass mit der ansonsten zylindrisch ausgebildeten Mittenausnehmung 40 ein gegebenenfalls fluidführender Leckagekanal (nicht dargestellt) entsteht, der unter Ein-

bezug der T-förmig verlaufenden Querbohrung 74 einen Leckage-Fluidfluß von der Hochdruckseite auf die Mitteldruckseite im Fluidraum 34 sicherstellt. Die Fig.6 gibt nur prinzipiell den Aufbau des Steuerstabes 42 in überzeichneter Form wieder und die konkreten Abmessungsverhältnisse sind in der Fig.5 wiedergegeben, die insoweit die konkrete Ausgestaltung des Steuerstabes 42 betrifft.

Wird demgemäß auf der Ausgangsseite 30 ein entsprechend hohes Mitteldruckniveau in Abhängigkeit der Belastungssituation abgerufen, kann dieses von der Hochdruckseite über den zweiten Fluidraum 36 und den ansteuerbaren Leckageabschnitt 70 situationsbedingt als Leckagestsrom nachgeführt werden, so dass insoweit ein Leckageausgleich möglich ist. Ist demgemäß der Steuerkolben 22 in einer unteren Position, ist der Leckageabschnitt 70 entsprechend lang ausgebildet und drosselt die Hochdruckzufuhr ab, wo- hingegen bei nach oben bewegtem Steuerkolben 22, was der Fall ist, wenn im ersten Fluidraum 34 ein niedriges Druckniveau herrscht, der umfangssei- tige Leckageabschnitt 70 verkürzt und Fluid mit Hochdruckniveau strömt von der Hochdruckseite auf die Mitteldruckseite 34 nach. In Verbindung mit den weiteren Leckageabschnitten 50,52 ist somit ein selbstregulierendes Druckübersetzungssystem erreicht, wobei aufgrund des insgesamt leckagebehafteten Systems keine Reibung entsteht, was zu einem schnellen Ansprechverhalten für die erfindungsgemäße Druckübersetzungsvorrichtung führt gegenüber den sonst dicht gehaltenen übersetzungssystemen, denen die benötigte Dynamik in diesem Zusammenhang fehlt.

Die Fig.7 zeigt die Druckübersetzungsvorrichtung als Baueinheit in einer perspektivischen Ansicht. Die Fig.7 macht deutlich, dass in Kompaktbauweise und mithin platzsparend die Druckübersetzungsvorrichtung realisierbar ist. Es ist für einen Durchschnittsfachmann überraschend, däss auch sehr hohe Drücke mit der Kompaktbaueinheit sicher beherrschbar sind.

Im folgenden wird der Einsatz der erfindungsgemäßen Druckübersetzungsvorrichtung anhand einer Aktuatorsteuervorrichtung nach der Fig.8 näher erläutert. Als Aktuator 76 nach der Fig.8 soll ein üblicher hydraulischer Feder-Arbeitszylinder dienen, der auf seiner Stangenseite die Motorlast eines Antriebsmotors 78, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, zumindest teilweise tragen soll. Auf seiner Gehäuseseite ist der Aktuator 76 mit nicht näher dargestellten Chassisteilen 80 eines Kraftfahrzeuges verbunden. Des weiteren weist die Aktuatorsteuervorrichtung eine als Ganzes mit 82 bezeichnete Fluidversorgungseinrichtung auf. Zwischen Fluidversorgungseinrichtung 82 und Aktuator 76 ist die Druckübersetzungsvorrichtung nach den Fig.1 bis 4 sowie 7 geschaltet.

Die Fluidversorgungseinrichtung 82 entnimmt aus einem Tank 84 mittels einer Versorgungseinheit 86, beispielsweise in Form einer Hydraulikpum- pe, Fluidmedium aus dem Tank 84. Auf der Ausgangsseite der Versorgungseinheit 86 ist diese mit einem Druckbegrenzungsventil 88 abgesichert, und zwar in Richtung einer Rücklaufseite 90, die in einen Siebfilter 92 endet. Die Hydraulikpumpe kann beispielsweise durch den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben sein. Zur Fluidversorgung ist in den hydraulischen Kreis ferner ein Hydrospeicher 94 geschaltet, der über ein Rückschlagventil 96 entsprechend abgesperrt ist. In Fluidströmungsrich- tung dahinter schließt sich ein übliches Proportionaldruckminderventil 98 an und über entsprechende Sensoren 100 lassen sich die erfaßten Druckwerte in Spannungswerte umsetzen, um dergestalt eine nicht näher darge- stellte Steuer- oder Regelungseinheit mit Meßwerten für die Ansteuerung der Gesamtvorrichtung zu versorgen.

Insgesamt ist die Fluidversorgungseinrichtung 82 derart ausgelegt, dass auf der Eingangsseite 32 des Druckübersetzers ein entsprechend hoher Fluid- druck bei niedrigem Volumenstrom ansteht. Mittels der Steuerkolbeneinheit, bestehend aus den Steuerkolben 22,24, ist dann, wie dargelegt, der

Druckübersetzer in der Lage, an seiner Ausgangsseite 30 einen niedrigeren Mitteldruck bei hohem Volumenstrom zur Verfügung zu stellen, um den Aktuator 76 abhängig von der eingeleiteten Lastsituation sachgerecht anzusteuern. Durch den Aktuator 76 nebst Einsatz der genannten Drucküberset- zungsvorrichtung ist es so möglich, die allfälligen Schwingungen zwischen Motor 78 und Chassisteilen 80 des Kraftfahrzeuges vollständig zu entkoppeln, was zu einem ausgesprochen ruhigen Motorlauf führt und da auch das Chassis ruhiger reagiert, lassen sich insoweit beim Fahren höhere Lei- stungs- und Geschwindigkeitswerte erreichen.

Wie weiter die Fig.8 zeigt, sind sowohl die Saugleitung 56 als auch die Ab- strömieitung 60, die insoweit auch als Leckageleitung dient, zum Tank 84 hingeführt. Anstelle der aufgezeigten Motorlagerung als praktisches Ausführungsbeispiel läßt sich die vorstehend beschriebene Aktuatorsteuervorrich- tung auch sonst überall dort einsetzen, wo bewegbare Komponenten, insbesondere von ihrem Schwingungsverhalten her, voneinander zu entkoppeln sind.