DE19651163C2 - Hydraulisches Kraftübertragungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Kraftübertragungssystem, bestehend aus einem Geberzylinder 1 und einem Nehmerzylinder 2, wobei in jedem Zylinder eine mit einem Kolben 4, 7 verbundene Kolbenstange 3, 6 abgedichtet und axial beweglich geführt ist und der Kolben 4, 7 den mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderinnenraum in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9, 11 und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 10, 12 unterteilt, während einerseits die kolbenstangenseitigen Arbeitsräume 9, 11 durch eine erste hydraulische Verbindungsleitung 13 und andererseits die kolbenstangenfernen Arbeitsräume 10, 12 durch eine zweite hydraulische Verbindungsleitung 14 miteinander verbunden sind, wobei wenigstens einer Verbindungsleitung 13 oder 14, vorzugsweise beiden Verbindungsleitungen 13, 14, je ein hydropneumatischer Druck- bzw. Ausgleichsraum 15, 16 zugeordnet ist und jeder Ausgleichsraum 15, 16 eine volumenveränderliche Flüssigkeitsfüllung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Kraftübertragungssystem entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiges, aus einem Geber- und einem Nehmerzylinder bestehendes Kraftübertragungssystem wirkt dadurch, daß durch Einschieben der Kolbenstange am Nehmerzylinder infolge Druckerhöhung im System die Kolbenstange des Geberzylinders ausfährt. Diese Kraftübertragung kann über eine weite und auch komplizierte Streckenführung erfolgen und arbeitet ohne größere Verluste, da lediglich die geringfügigen Reibungskräfte, die bei der Bewegung zwischen den Kolbenstangen und den Kolben in den Zylindern entstehen, zu überwinden sind. Für solche Kraftübertragungssysteme sind viele Einsatzmöglichkeiten denkbar, beispielsweise im Kraftfahrzeugbau zur Betätigung von Klappen, Verdeckdeckeln oder ähnlichen Teilen. Es können sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen werden, während beispielsweise mechanische, als Bowdenzüge bekannte, Kraftübertragungseinrichtungen im wesentlichen nur Zugkräfte übertragen. Nachteilig bei den bekannten hydraulischen Kraftübertragungssystemen ist, daß die Ölvolumenänderung durch Temperaturschwankungen und Leckage das Übertragungsverhalten und auch die Funktionstüchtigkeit negativ beeinflussen.

Weiterhin sind hydraulische Betätigungseinrichtungen bekannt, bei welcher der Verstellzylinder - über Hydraulikleitungen mit einer Pumpeinrichtung in Wirkverbindung steht. Diese motorisch angetriebenen, mit einer umschaltbaren Pumpe versehenen Betätigungseinrichtungen benötigen aus Sicherheitsgründen in jeder Druckleitung ein Druckbegrenzungsventil und besitzen außerdem einen aus einer Vielzahl von Bauteilen bestehenden und daher teuren Gesamtaufbau, wobei beispielsweise die DE 42 36 517 A1 eine solche Konstruktion zeigt.

Die DE-AS 16 25 109 beschreibt ein hydraulisches Kraftübertragungssystem, bestehend aus einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder, wobei in jedem Zylinder eine mit einem Kolben verbundene Kolbenstange abgedichtet und axial beweglich geführt ist und der Kolben den mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderinnenraum in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, während einerseits die kolbenstangenseitigen Arbeitsräume durch eine erste hydraulische Verbindungsleitung und andererseits die kolbenstangenfernen Arbeitsräume durch eine zweite hydraulische Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, wobei einer Verbindungsleitung ein hydropneumatischer Druck- bzw. Ausgleichsraum zugeordnet ist, wobei der Ausgleichsraum eine volumenveränderliche Flüssigkeitsfüllung aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Kraftübertragungssystem auf der Basis des hydraulischen Geber- und Nehmerzylinder-Prinzips zu schaffen, welches auch bei sehr stark schwankenden Einsatztemperaturen und über eine lange Lebensdauer eine exakte Funktion gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß beiden Verbindungsleitungen je ein hydropneumatischer Druck- bzw. Ausgleichsraum zugeordnet ist, wobei jeder Ausgleichsraum eine volumenveränderliche Flüssigkeitsfüllung aufweist, wobei zwischen den Verbindungsleitungen und den Ausgleichsräumen ein automatisch betätigbares Schaltventil angeordnet ist, das durch ein volumenstromabhängig wirkendes Bauteil gebildet ist.

Auf diese Weise wird eine Ölvolumenänderung bei großen Temperaturschwankungen von den Ausgleichsräumen aufgefangen, so daß keine oder zumindest keine merkliche Druckänderung in den Arbeitsräumen der Zylinder entsteht und damit die Kolbenstangendichtungen auch nicht gegen hohe Drücke arbeiten müssen. Die Ausbildung des hydraulischen Kraftübertragungssystems ist je nach dem Anwendungsfall weitgehend variabel. Ist beispielsweise nur eine Druckbeanspruchung gefordert, so kann lediglich die Verbindungsleitung der kolbenstangenseitigen Arbeitsräume mit einem Ausgleichsraum versehen sein, wenn nur ein temperaturabhängiger Druckausgleich erforderlich ist und in der Zugphase der Kolbenstange keine nennenswerten Kräfte zu übertragen sind.

Im Ruhezustand des Kraftübertragungssystems ist das Schaltventil geöffnet, so daß bei Temperaturänderung der Volumenaustausch zwischen den Arbeitsräumen und den Ausgleichsräumen erfolgen kann. Bei Betätigung des Kraftübertragungssystems verschließt das Schaltventil den Ausgleichsraum, wodurch eine in beiden Bewegungsrichtung wirkende Stabilität zur Druck- und damit auch zur Verstellwegübertragung sichergestellt ist.

Das volumenstromabhängig wirkende Bauteil wird, entsprechend einem Merkmal der Erfindung, durch ein federbelastetes Kugelrückschlagventil gebildet. Eine weitere Möglichkeit zur Begrenzung des Volumenstroms bei Betätigung des Kraftübertragungssystems wird dadurch erhalten, daß die zum Ausgleichsraum führende Leitung mit einer Drosseleinrichtung versehen ist, die vorzugsweise aus einer porösen Scheibe besteht, die selbst bei höheren Drücken nur geringe Volumenströme durchläßt.

Entsprechend weiteren Merkmalen der Erfindung wird eine besonders vorteilhafte Ausbildung und Wirkungsweise dadurch erhalten, daß die Verbindungsleitungen mittels einer absperrbaren Überströmleitung hydraulisch miteinander verbindbar sind. Dies ist besonders nützlich, wenn sich im Laufe der Zeit durch Leckage an den Kolbendichtungen oder an den Kolbenstangendichtungen die Kolbenstangenpositionen zueinander verändert haben. Durch Betätigung des in der Überströmleitung angeordneten Absperrventils können die Kolbenstangen der Geber- und Nehmerzylinder in die vorgeschriebene Position gebracht, bzw. in die richtige Position zurückgeführt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Wirkungen ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigt:

Fig. 1 das erfindungsgemäße hydraulische Kraftübertragungssystem in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine Ausführungsform des Druck- und Ausgleichsraums;

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführung des in Fig. 2 gezeigten Druck- und Ausgleichsraums.

Das hydraulische Kraftübertragungssystem entsprechend Fig. 1 besitzt einen Geberzylinder 1 und einen Nehmerzylinder 2, wobei im Geberzylinder 1 ein fest mit einer Kolbenstange 3 verbundener und abdichtend auf der Innenfläche des Zylinders geführter Kolben 4 den mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderinnenraum in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 und den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 10 unterteilt und die Kolbenstange 3 mittels einer Kolbenstangendichtung 5 nach außen abgedichtet und geführt ist. Der Aufbau des Nehmerzylinders 2 ist entsprechend, denn auch bei diesem ist die Kolbenstange 6 mittels der Kolbenstangendichtung 8 abdichtend axial beweglich geführt, während der Kolben 7 die flüssigkeitsgefüllten Arbeitsräume 11 und 12 voneinander trennt.

Die kolbenstangenseitigen Arbeitsräume 9 und 11 sind durch eine erste hydraulische Verbindungsleitung 13 miteinander verbunden, während die zweite hydraulische Verbindungsleitung 14 in die kolbenstangenfernen Arbeitsräume 10 und 12 mündet. Der ersten hydraulischen Verbindungsleitung 13 ist der Ausgleichsraum 15 und der zweiten hydraulischen Verbindungsleitung 14 der Ausgleichsraum 16 zugeordnet, wobei die Ausgleichsräume 15 und 16 über die Schaltventile 17 und 18 mit den Verbindungsleitungen 13 und 14 hydraulisch verbunden sind. Weiter ist zwischen den Verbindungsleitungen 13 und 14 eine vorzugsweise mit einem willkürlich betätigbaren Absperrventil 20 versehene Überströmleitung 19 angeordnet, wobei das Absperrventil 20 nur bei Bedarf betätigt wird, z. B. wenn sich die Stellung der beiden Kolbenstangen 3 und 6 zueinander durch Leckage an den Kolben 4 und/oder 7 verändert hat und durch Öffnen des Absperrventils 20 erneut justiert werden kann.

Wird beispielsweise die Kolbenstange 6 des Nehmerzylinders 2 unter Kraftaufwendung eingeschoben, so wird durch den in den Zylinder einfahrenden und mit der Kolbenstange 6 verbundenen Kolben 7 der Druck im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 12 erhöht und die Flüssigkeit durch die Verbindungsleitung 14 in den Arbeitsraum 10 verdrängt, wodurch die mit dem Kolben 4 verbundene Kolbenstange 3 aus dem Geberzylinder 1 ausfährt und eine in etwa der Einschubkraft entsprechende Ausschubkraft auf ein zu verstellendes Bauteil ausübt. Lediglich die zwischen den axial verschiebbaren Teilen und den Dichtungen auftretende Reibungskraft wirkt der Ausschubkraft entgegen. Die bei der Ausfahrbewegung der Kolbenstange 3 im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 verdrängte Flüssigkeit strömt durch die Verbindungsleitung 13 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 des Nehmerzylinders 2.

Wird eine Zugkraft auf die Kolbenstange 6 ausgeübt des Nehmerzylinders 2 ausgeübt, so erfolgt die Druckerhöhung im Arbeitsraum 11 und dementsprechend eine Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 11 in den Arbeitsraum 9, wodurch die Kolbenstange 3 in den Geberzylinder 1 einfährt. Gleichzeitig fließt die aus dem Arbeitsraum 10 verdrängte Flüssigkeit in den Arbeitsraum 12.

Bei den vorbeschriebenen Verstellbewegungen werden infolge der Druckerhöhung in den Verbindungsleitungen 13 und 14 die den Ausgleichsräumen 15 und 16 zugeordneten Schaltventile 17 und 18 automatisch geschlossen und damit die Verbindung der Leitungen 13 und 14 zu den Ausgleichsräumen 15 und 16 unterbrochen. Erfolgt dagegen im Ruhezustand des Kraftübertragungssystems durch Temperaturänderung eine Volumenänderung der im Geber- und Nehmerzylinder 1 und 2 befindlichen Flüssigkeit, so kann der hierbei entstehende geringe Volumenstrom ungehindert durch die geöffneten Schaltventile 17 und 18 in die Ausgleichsräume ein- oder ausströmen. Eine merkliche Druckänderung im System wird auf diese Weise verhindert, so daß auch die Kolbenstangendichtungen 5 und 8 keinen hohen Drücken ausgesetzt werden.

Im Laufe langer Betriebsdauer kann es zwischen den Kolben 4 und/oder 7 und der Zylinderinnenwand infolge einer geringfügigen Leckage zu einer Verstimmung der eingestellten Kolbenstangenstellungen kommen. Eine solche Verstimmung kann ebenso durch Leckage zwischen den Kolbenstangen 3 und/oder 6 und den Kolbenstangendichtungen 5 und/oder 8 auftreten. Die neue exakte Positionierung der Kolbenstangen 3 und 6 kann auf einfache Weise dadurch vorgenommen werden, daß das Absperrventil 20 in der Überströmleitung geöffnet wird und ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den Leitungen 13 und 14 bei der erneuten Justage ermöglicht wird und nach erfolgter Einstellung das Absperrventil 20 wieder geschlossen wird. Die einfache Handhabung für eine Justierung der Kolbenstangen 3 und 6 zueinander stellt eine große Hilfe bei der Erstmontage dar, da beispielsweise Herstellungstoleranzen der zu verstellenden Bauteile oder an den Anlenkpunkten des Geber- und Nehmerzylinders auf diese einfache Art ausgleichbar sind.

Bei einem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel für einen Druck- und Ausgleichsraum 15 ist in einem zylinderförmigen Behälter eine als Trennkolben 21 ausgebildete Trennwand zwischen der Flüssigkeitsfüllung 22 und der vorzugsweise aus Stickstoff bestehenden Gasfüllung 23 vorgesehen. Mit dem Anschlußstutzen 26 ist die Flüssigkeitsfüllung 22 an die in Fig. 1 gezeigte Verbindungsleitung 13 angeschlossen. Das Schaltventil 17 ist bei diesem Ausgleichsraum 15 als federbelastetes Kugelrückschlagventil 24 ausgebildet, welches bei einem größeren Volumenstrom zur Flüssigkeitsfüllung 22 hin die Verbindungsleitung absperrt.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß das Schaltventil 17 als poröse Scheibe 25 ausgebildet ist. Diese poröse Scheibe ist so ausgelegt, daß sie auch bei höheren Drücken, die während der Betätigung auftreten, nur einen geringen Volumenstrom durchläßt.

Die bei dem vorstehend beschriebenen hydraulischen Kraftübertragungssystem angewendeten Ausgleichsräume beschränken sich nicht auf solche, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Es ist hierfür jede Art von im Volumen veränderbaren Ausgleichsräumen anwendbar, wie beispielsweise solche, die im wesentlichen aus einer Gummiblase bestehen oder mittels einer Trennmembrane mit einer Gasfüllung zusammenwirken.

Claims (4)

1. Hydraulisches Kraftübertragungssystem, bestehend aus einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder, wobei in jedem Zylinder eine mit einem Kolben verbundene Kolbenstange abgedichtet und axial beweglich geführt ist und der Kolben den mit Flüssigkeit gefüllten Zylinderinnenraum in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum unterteilt, während einerseits die kolbenstangenseitigen Arbeitsräume durch eine erste hydraulische Verbindungsleitung und andererseits die kolbenstangenfernen Arbeitsräume durch eine zweite hydraulische Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Verbindungsleitungen (13, 14), je ein hydropneumatischer Druck- bzw. Ausgleichsraum (15, 16) zugeordnet ist, wobei jeder Ausgleichsraum (15, 16) eine volumenveränderliche Flüssigkeitsfüllung (22) aufweist, wobei zwischen den Verbindungsleitungen (13, 14) und den Ausgleichsräumen (15, 16) ein automatisch betätigbares Schaltventil (17, 18) angeordnet ist, das durch ein volumenstromabhängig wirkendes Bauteil gebildet ist, welches bei einem größeren Volumenstrom sofort absperrt.

2. Hydraulisches Kraftübertragungssystem nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das volumenstromabhängig wirkende Bauteil durch ein druckabhängig wirkendes Absperrventil, vorzugsweise durch ein Kugelrückschlagventil (24) gebildet ist.

3. Hydraulisches Kraftübertragungssystem nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das volumenstromabhängig wirkende Bauteil durch eine Drosseleinrichtung gebildet ist, die vorzugsweise aus einer porösen Scheibe (25) besteht.

4. Hydraulisches Kraftübertragungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (13, 14) mittels einer absperrbaren Überströmleitung (19) miteinander hydraulisch verbindbar sind.