-
Die
Erfindung betrifft eine Anschlusseinrichtung für hydraulische Systeme.
-
Hydraulische
Systeme bestehen in der Regel aus mehreren Aggregaten, wie beispielsweise Pumpen,
Aktoren, Dämpfern,
Filtern, Stellgliedern und dergleichen, die durch Leitungen untereinander verbunden
sind. Dabei kann es vorkommen, dass Ventile erforderlich werden,
die von dem im Hydrauliksystem herrschenden Druck gesteuert, beispielsweise
geöffnet
oder geschlossen werden. Solche Ventile sind z.B. als eigene Aggregate
vorhanden.
-
Dazu
offenbart die
DE 103
25 202 A1 ein entsprechendes Ventil mit einem eigenen Gehäuse und einem
Eingangsanschluss sowie einem Ausgangsanschluss. In dem Gehäuse ist
ein Stufenkolben gegen die Kraft einer Feder verschiebbar gelagert,
der als Ventilschieber wirkt. Er gibt den Ventildurchgang frei oder
sperrt ihn ab. Damit können
verschiedene Dämpfer,
die in einem System zwischen einer Pumpe und einer Last angeordnet
sind, aktiv oder passiv geschaltet werden.
-
Ähnlich offenbart
die US-PS 4 310 140 ein druckgesteuertes Ventil mit einem Gehäuse, drei
an dem Gehäuse
vorgesehenen Anschlüssen
und einem in dem Gehäuse
angeordneten Ventilapparat.
-
Aus
der
DE 196 42 837
C1 ist es bekannt, eine Ventileinrichtung in Form eines
Dämpferventils in
ein Gehäuse
einzubauen, das zugleich als Anschlussteil für eine anzuschließende Leitung
dient. Das Dämpferventil
ist von der Stärke
des Ölstroms gesteuert
und schließt,
wenn dieser ein gewisses Maß übersteigt.
Es dient zur Verminderung der Rückwirkung
von Fahrbahnstößen auf
das Lenkrad des Fahrers an einer Servolenkung eines Fahrzeugs.
-
Zum
Anschluss dieses Ventils an die Leitung ist eine Leitung mit einem
Ringanschluss erforderlich, der einen besonders großen Durchmesser,
größer als üblich, aufweist.
Außerdem
muss an dem anzuschließenden
Kolben/Zylinder-Aggregat der Servolenkung eine besonders weite Gewindebohrung vorgesehen
werden.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Unterbringung
einer Ventileinrichtung in einem hydraulischen System zu schaffen,
die besonders einfach ist und an dem System keine gesonderten Anpassungsmaßnahmen
erfordert.
-
Diese
Aufgabe wird mit der Anschlusseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung
besteht aus einem Anschlussbolzen üblicher Baugröße, mittels
dessen eine anzuschließende
Leitung mit einem Aggregat zu verbinden ist. Der Anschlussbolzen
weist dazu einen Durchgangskanal auf. In dem Anschlussbolzen ist
eine Ventileinrichtung angebracht, die die Strömung in dem Durchgangskanal
beeinflussen kann und von der Druckdifferenz zwischen dem in dem
Durchgangskanal herrschenden Druck und dem Umgebungsdruck (d.h. meist
dem atmosphärischen
Druck) gesteuert ist. Das druckgesteuerte Ventil kann somit an jedem
gewünschten
Aggregat montiert werden, indem an Stelle eines gewöhnlichen
Anschlussbolzens, der mit der Ventileinrichtung versehene spezielle
Anschlussbolzen vorgesehen wird. Dazu sind weder an dem Aggregat
noch an der anzuschließenden
Leitung Modifikationen erforderlich. Außerdem erfordert diese Lösung keinen
zusätzlichen
Bauraum für
die druckgesteuerte Ventileinrichtung. An dem Anschlussbolzen ist
ein Sitz für
eine anzuschließende
Leitung vorgesehen. Dieser Sitz ist vorzugsweise ein Sitz für einen
so genannten Ringstück-
oder Banjoanschluss. Der Anschlussbolzen und der Ringstückanschluss
sind dabei hinsichtlich ihrer Größe aufeinander
abgestimmt. Der Anschlussbolzen weist z.B. einen Außendurchmesser
12 mm, 14 mm oder 16 mm auf. Die als Sitz für den Leitungsanschluss zwischen
Kopf und Gewinde vorgesehene Zylinderfläche ist in Axialrichtung ungefähr genauso
lang, d.h. 12 mm, 14 mm oder 16 mm. Insgesamt ist der Bolzen in
Axialrichtung deutlich länger
als sein Durchmesser. Er ist vorzugsweise mit einem Normgewinde
versehen, das zudem in den Aggregaten an den entsprechenden, zum
Fluidanschluss vorgesehenen Gewindesackbohrungen ohnehin vorhandenen
Gewinden passt, beispielsweise M8, M10, M10 × 1, M12, M14 × 1,5, M16 × 1,5 oder auch
ein Normgewinde nach einer anderen Gewindenorm. Der Vorzug dieser
Maßnahme
liegt darin, dass die erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung vorhandene
Anschlussbolzen ohne Modifikation des Systems ersetzen kann.
-
Der
Anschlussbolzen weist vorzugsweise einen Sechskantkopf auf, dessen
Weite deutlich größer ist
als der Durchmesser des übrigen
Körpers
des Anschlussbolzens. Der Anschlussbolzen hat insoweit die Form
einer gewöhnlichen
Schraube. Sein zentraler Durchgangskanal weist vorzugsweise wenigstens einen
radial abzweigenden Abschnitt auf, der an einer Außenfläche des
Anschlussbolzens mündet.
Somit können
ringförmige
Ringstückanschlüsse von Leitungen
zum Fluidanschluss dienen.
-
Die
Ventileinrichtung ist vorzugsweise als Drosselventil ausgebildet.
Diese kann in einer ersten Position einen niedrigen Durchflusswiderstand
und in einer zweiten Position einen höheren Durchflusswiderstand
annehmen. Für
viele Anwendungsfälle
ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung bei einem niedrigen
Systemdruck einen niedrigen Durchflusswiderstand und bei einem hohen
Systemdruck einen hohen Durchflusswiderstand aufweist. Der Übergang ist
vorzugsweise sprungartig, wobei die Schaltschwelle bzw. der Schwellwert
selbst über
die Vorspannung einer Druckfeder variiert werden kann. Damit kann
die Anschlusseinrichtung beispielsweise am Eingang eines Ventilblocks
einer Servolenkung eingesetzt werden, wo sie bei Geradeausfahrt
einen niedrigen Durchflusswiderstand und bei Kurvenfahrt einen hohen
Durchflusswiderstand erzeugt. Damit werden Pulsationen, wie sie
von der Hydraulikpumpe des Systems herrühren können, vom Lenkrad und vom Fahrer
fern gehalten. Andererseits wird der energiezehrende hohe Durchflusswiderstand
nur bei Kurvenfahrten, nicht aber bei Geradeausfahrt erzeugt.
-
Die
erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung
kann allerdings auch an anderen Hydraulikeinrichtungen, wie hydraulischer
oder elektrohydraulischer aktiver Fahrwerksregulierung und/oder ähnlichen
Systemen vorgesehen werden.
-
Die
Ventileinrichtung kann ein Schieberventil und/oder ein Sitzventil
umfassen. Prinzipiell ist es möglich,
diese unabhängig
voneinander druckgesteuert arbeiten zu lassen. Es wird jedoch bevorzugt, beide
zu der Ventileinrichtung gehörigen
Ventile miteinander, vorzugsweise starr, zu verbinden, um sie gemeinsam,
beispielsweise gegen die Kraft einer Druckfeder zu verstellen. Ein
mit dem Ventilschieber und/oder dem Ventilverschlussglied verbundener, beispielsweise
zylindrischer Fortsatz ist aus dem Anschlussbolzen abgedichtet und
axial verschiebbar herausgeführt,
so dass er an seiner außen
liegenden Stirnseite vom Umgebungsdruck und an seinem innenliegenden
Ende vom Systemdruck beaufschlagt wird. Die entstehende Druckdifferenz
bewirkt eine Verschiebung des Ventilschiebers. Vorzugsweise ist die
Druckfeder vorgespannt, so dass eine Verschiebung des Ventilschiebers
bzw. Ventilverschlussglieds erst einsetzt, wenn die genannte Druckdifferenz
einen Grenzwert übersteigt.
Die Ventileinrichtung kann somit eine Umschaltcharakteristik erhalten,
die eine mehr oder weniger große
Hysteresis aufweist.
-
Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder
von Ansprüchen.
-
In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
-
1 eine
hydraulische Servolenkung mit erfindungsgemäßer Anschlusseinrichtung in
schematisierter Darstellung,
-
2 die
Anschlusseinrichtung des Systems nach 1 in körperlicher
perspektivischer Außenansicht,
-
3 einen
Anschlussbolzen der Anschlusseinrichtung nach 2 in
gesonderter perspektivischer Darstellung,
-
4 die
Anschlusseinrichtung nach 2 in längs geschnittener
Darstellung mit Ventil in Offenstellung,
-
5 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Anschlusseinrichtung
mit Sitzventil und Schieberventil in längs geschnittener Darstellung,
-
6 die
Anschlusseinrichtung nach 5, geschnitten
entlang der Linie A-A,
-
7 die
Anschlusseinrichtung nach 5 mit Ventileinrichtung
in Schließposition,
-
8 eine
abgewandelte Ausführungsform der
Anschlusseinrichtung mit Ventileinrichtung in Form eines Schieberventils
in schematisierter Längsschnittdarstellung,
-
9 ein
Hydrauliksystem mit alternativen Zweigen und Umschaltventil in der
Anschlusseinrichtung, in schematisierter Darstellung, und
-
10 die
Anschlusseinrichtung nach 2 in längs geschnittener
Darstellung mit Ventil in Schließstellung.
-
In 1 ist
als Beispiel für
ein Hydrauliksystem 1 eine Servolenkeinrichtung 2 eines
Kraftfahrzeugs veranschaulicht. Sie dient zum Lenken zweier Räder 3, 4 über Lenkhebel 5, 6 mittels
Spurstangen 7, 8, die mit einer Zahnstange 9 verbunden
sind. Diese kämmt
mit einem Ritzel 10, das von einer Lenksäule 11 mittels
eines Lenkrads 12 betätigt
wird. Ein vor dem Ritzel 10 angeordnetes drehelastisches
Element 13 betätigt
ein Servoventil 14 zur Steuerung eines Servoantriebs 15.
Zahnstange 9, Ritzel 10, das drehelastische Element 13,
das Servoventil 14 und der Servoantrieb 15 können in
einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht sein. Zu dem Servoantrieb 15 gehört ein Kolben 16,
der die Lenkbewegung der Zahnstange 9 unterstützt und
in einem Zylinder 17 zwei Arbeitskammern 18, 19 abteilt.
Diese sind über Leitungen
oder Kanäle 20 bis 25 mit
dem Servoventil 14 verbunden. Das Servoventil 14 wird
von einer Hydraulikpumpe 26 über eine Leitung 27,
von der ein Puffer 28 abzweigt, mit Hydraulikfluid gespeist. Über eine
Leitung 29 gibt das Servoventil 14 Hydraulikfluid an
einen Sammler 30 zurück.
Die Leitung 27 ist an das Servoventil 14 über eine
Anschlusseinrichtung 31 angeschlossen, in der, wie an späterer Stelle
erläutert
ist, eine Ventileinrichtung enthalten ist.
-
Die
Hydraulikpumpe 26 weist eine im Wesentlichen konstante
Förderleistung
auf, d.h. sie fördert
einen konstanten, evtl. von der Motordrehzahl abhängigen Volumenstrom.
Bei Geradeausfahrt fließt
dieser ohne Druckaufbau über
die Leitung 27 zu dem Servoventil 14 und über die
Leitung 29 in den Vorratsbehälter 30 zurück. Das
Servoventil 14 steht in Mittelposition. Bei Kurvenfahrt
wird das Hydraulikfluid hingegen zu dem Servoantrieb 15 geleitet,
der keinen freien Abfluss des Hydraulikfluids ermöglicht. Somit
wird ein erheblicher Druck aufgebaut. In diesem Zustand ist es wünschenswert,
die von der Hydraulikpumpe 26 herrührenden Druckpulsationen zu dämpfen, damit
sie im Lenkrad 12 nicht spürbar werden und im Fahrgastraum
nicht zu unerwünschten Geräuschen führen. Dies
wird durch die Anschlusseinrichtung 31 ermöglicht,
die in 2 bis 4 gesondert veranschaulicht
ist. 2 veranschaulicht das Gehäuse des Servoventils 14 sowie
gegebenenfalls weitere Aggregate, wie oben erläutert. Zu der Anschlusseinrichtung 31 gehören ein
ringförmiges Leitungsanschlussauge 32,
das auch als Ringstückanschluss
bezeichnet wird. Es umfasst einen Anschlussbolzen 33, der
in 3 gesondert dargestellt ist.
-
Der
Anschlussbolzen 33 weist einen im Wesentlichen zylindrischen
Körper 34 auf,
durch den sich, wie aus 4 ersichtlich, in Axialrichtung
ein Durchgangskanal 35 erstreckt. Von diesem zweigen zumindest
ein vorzugsweise mehrere radiale Abschnitte 36, 37 ab,
die an der zylindrischen Mantelfläche 38 des Anschlussbolzens 33 münden. Unterhalb der
Mantelfläche 38 ist
ein Gewinde 39 vorgesehen, das zu einem in dem Servoventil 14 ohnehin
vorhandenen Gewinde einer Anschlussbohrung passt. Das Gewinde der
Anschlussbohrung stellt einen Anschluss für einen in dem Aggregat bzw.
Servoventil 14 vorhandenen Kanal 40 dar.
-
Der
Anschlussbolzen 33 weist, wie 3 zeigt,
einen vorzugsweise mit einem Sechskant versehenen Kopf 41 auf,
der an seiner dem Gewinde 39 bzw. dem Servoventil 14 zugewandten
Seite eine als Dichtfläche
ausgebildete Ringfläche 42 trägt, an der das
Leitungsanschlussauge 32 abdichtend anliegt. An der gegenüber liegenden
Seite dichtet das Leitungsanschlussauge 32 an dem Gehäuse des
Servoventils 14 ab.
-
In
dem Durchgangskanal 35 des Anschlussbolzens 33 sitzt
eine Ventileinrichtung 43, die dazu eingerichtet ist, den
Durchflusswiderstand für
Hydraulikfluid von der Leitung 27 in den Kanal 40 hinein zu
variieren. Die Ventileinrichtung 43 weist ein Ventilverschlussglied 44 in
Form eines Ventilkegels auf, der an einem stiftartigen Fortsatz 45 gehalten
ist. Dem Ventilverschlussglied 44 ist ein z.B. kegelförmig ausgebildeter
Ventilsitz 46 zugeordnet, an dem es abdichtend anliegen
kann. Das Ventilverschlussglied 44 kann, wie dargestellt,
mit ein oder mehreren Drosselbohrungen 47 versehen sein,
die das geschlossene Ventil überbrücken können.
-
Der
Fortsatz 45 erstreckt sich durch eine Öffnung 48 aus dem
Anschlussbolzen 33 heraus. Die Öffnung 48 ist vorzugsweise
eine zylindrische Zentralbohrung, in der der Fortsatz 45 spielarm
geführt ist.
Ein O-Ring 49 oder ein anderes geeignetes Dichtungsmittel
dichtet den Ringraum zwischen einer den Fortsatz 45 mit
Spiel umgebenden Wandung 50 und dem Fortsatz 45 ab.
-
Auf
dem Fortsatz 45 kann des Weiteren ein Stützring 51 vorgesehen
sein, an dem sich eine Druckfeder 52 abstützt, deren
anderes Ende sich an einer entsprechenden Innenschulter des Anschlussbolzens 33 abstützt. Die
Druckfeder spannt das Ventilverschlussglied 44 von seinem
Ventilsitz weg vor. An dem aus dem Anschlussbolzen 33 heraus
ragenden Ende 53 des Fortsatzes 45 ist ein Anschlagmittel,
beispielsweise in Form eines Querstifts 54 vorgesehen,
der die Druckfeder 52 gespannt hält.
-
Die
insoweit beschriebene Anschlusseinrichtung 31 arbeitet
in dem Hydrauliksystem 1 wie folgt:
Bei Geradeausfahrt,
wenn das Servoventil 14 einen Kurzschluss zwischen den
Leitungen 27 und 29 herstellt, ist der Systemdruck
an der Anschlusseinrichtung 31 bei gegebener Pumpenförderleistung
gering. Das Hydraulikfluid kann, wie in 4 durch
Pfeile 55, 56 angedeutet, frei aus der Leitung 27 in
das Servoventil 14 fließen. Es entstehen nur geringe
Strömungsverluste.
Die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe 26 ist gering.
-
Wird
das Fahrzeug gelenkt, wird der Bypass oder Kurzschluss zwischen
den Leitungen 27, 29 beseitigt und der Systemdruck
steigt. Der Systemdruck wirkt dabei auf das Ventilverschlussglied 44 ein
und versucht, dieses gegen den Ventilsitz 46 zu drängen. Die
für den
Druck wirksame Angriffsfläche
ist dabei die Querschnittsfläche
des Fortsatzes 45, an der außen lediglich der geringe Umgebungsdruck
U angreift. Sobald die Druckdifferenz die Kraft der Druckfeder 52 überschreitet,
beginnt das Ventil zu schließen.
Es ist dann lediglich noch die Drosselbohrung 47 offen.
Der Drosseleffekt sorgt dafür,
dass bei Druckbeaufschlagung keine unerwünschten Geräusche erzeugt werden.
-
Fällt der
Systemdruck wieder, indem der Fahrer in Geradeausstellung lenkt,
bewirkt die Druckfeder 52 eine Öffnung des Ventils. Das Ventilverschlussglied 44 hebt
von dem Ventilsitz 46 wieder ab und gibt einen nahezu ungehinderten
Hydraulikfluss frei.
-
Die 5 bis 7 veranschaulichen
eine abgewandelte Ausführungsform
des Anschlussbolzens 33, wie er beim Anschluss unterschiedlicher Dämpfer, beispielsweise
gemäß 9 Anwendung finden
kann. Das System nach 9 kann wiederum ein Lenksystem
oder auch ein anderes Hydrauliksystem sein.
-
Das
Aggregat 55 wird von einer Hydraulikpumpe 56 alternativ über zwei
zueinander parallele Zweige 57, 58 versorgt, in
denen verschiedene Dämpfer 59, 60, 61 angeordnet
sind. Die Anschlusseinrichtung 62 führt die Leitungen der beiden
Zweige 57, 58 zusammen und erbringt eine Umschaltfunktion.
Sie besteht im Wesentlichen aus einem Anschlussbolzen 63 gemäß 5.
Soweit die einzelnen Merkmale oder Eigenschaften dieses Anschlussbolzens
mit dem Anschlussbolzen 33 gemäß 4 übereinstimmen,
werden gleiche zur Unterscheidung mit einem Apostroph gekennzeichnete
Bezugszeichen verwendet. Dazu wird auf die vorige Beschreibung entsprechend
verwiesen. Ergänzend
gilt folgendes:
Oberhalb der Abschnitte 36', 37' verzweigt sich
der Durchgangskanal 35 nochmals in Abschnitten 64, 65, die
ebenfalls an der Mantelfläche 38' münden. Der Fortsatz 45' trägt axial
unverschiebbar einen Schieber 66, der mit ein oder mehreren
Axialbohrungen 67 bis 70 versehen ist (6)
und der mit geringem Spiel unter Ausbildung eines engen Spalts 71 in
dem im Wesentlichen zylindrischen Durchgangskanal 35' angeordnet
ist. Die Axialbohrungen 67 bis 70 stellen keinen
wesentlichen Strömungswiderstand
dar. Dieses Ventil arbeitet wie folgt:
-
5 veranschaulicht
es in Offenstellung. Sowohl die über
den Zweig 57 als auch die über den Zweig 58 ankommende
Strömung
ist weitgehend freigegeben. Die Dämpfer 59 bis 61 werden
relativ langsam durchströmt
und erzeugen geringe Strömungswiderstände. Das
System kann sehr energiesparend betrieben werden.
-
Steigt
der Systemdruck an, gelangt das Ventil in die Position gemäß 7.
Das von dem Ventilverschlussglied 44' gebildete Sitzventil und das von dem
Schieber 66 gebildete Schieberventil sind geschlossen. Über den
Zweig 57 kann keine nennenswerte Strömung fließen. Der durch den Zweig 58 herangeführte Hydraulikstrom
kann nur durch die Drosselbohrung 47' fließen. Das System arbeitet somit
mit hoher Dämpfung.
-
Es
sind weitere Abwandlungen möglich. Dazu
veranschaulicht 8 einen Anschlussbolzen 63', der soweit
er mit seiner Funktion mit dem Anschlussbolzen 63 gemäß 5 bis 7 übereinstimmt,
mit den gleichen zur Unterscheidung mit zwei Apostrophen versehenen
Bezugszeichen versehen ist. Entsprechend wird auf die vorige Beschreibung verwiesen.
Im Unterschied zu dem vorbeschriebenen Anschlussbolzen 63 weist
der Anschlussbolzen 63'' jedoch kein
Sitzventil auf. Es ist lediglich der Schieber 66'' vorhanden. Dieser ist in seiner
Schließstellung
dargestellt, die er bei hohem Systemdruck einnimmt. Er schließt damit
die Abschnitte 64'', 65'' des Anschlussbolzen 63'' und somit den Kanal 57 während der
Kanal 58 (Abschnitte 36'', 37'') freigegeben bleibt. Bei niedrigem
Systemdruck sind beide Kanäle 57, 58 freigegeben.
-
Es
sind weitere Abwandlungen möglich,
bei denen einzelne Schieber oder Sitzventile alternierend arbeiten,
um Umschaltwirkungen hervorzurufen. Außerdem wird ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass alle vorbeschriebenen Ventilanordnungen sowohl,
wie dargestellt und beschrieben, in den Anschlussbolzen 33, 63, 63'', als auch in ein separates Gehäuse eingebaut
sein können.
Die Ventilanordnung nach einer oder mehreren der vorbeschriebenen
Ausführungsformen
können
z.B. in einen Anschlussblock integriert sein, der sich an beliebiger Stelle
eines Hydrauliksystems befinden kann. Er kann z.B. an ein anderes
Gerät angeflanscht
oder gesondert angeordnet und über
Leitungen angeschlossen sein.
-
Eine
Anschlusseinrichtung 31 enthält ein druckbetätigtes Ventil,
mit dem der Strömungswiderstand
der Anschlusseinrichtung in Abhängigkeit
vom Systemdruck zumindest zwischen zwei Werten umgeschaltet werden
kann. Die Anschlusseinrichtung wird durch einen von seinen Außenabmessungen her
gewöhnlichen
Anschlussbolzen gebildet, der zum Anschluss üblicher Leitungsanschlussaugen 32 an übliche Gewindebohrungen
von Aggregaten geeignet ist.