DE4442019C2 - Stellungsüberwachter Kolbenspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen stellungsüberwachten Kolbenspeicher mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmalen.

Es ist bekannt, daß eine Stellungsüberwachung bei Kolbenspeichern im allgemeinen nicht eine Stetig-Überwachung ist, sondern eher eine ganz bestimmte Stellung überwacht wird. Diese bestimmte Stellung kann einem vorbestimmten Füllungsgrad entsprechen, in welchem Fall der meist als Reed-Kontakt ausgeführte Stromschalter auf zweierlei Weise benutzt werden kann. Zur Begrenzung auf einen vorbestimmten Füllungsgrad kann der hydraulische Druckerzeuger direkt abgeschaltet oder zumindest durch ein Schaltventil an der weiteren Zufuhr des Druckmediums gehindert werden. Wenn es andererseits darum geht, einen bestimmten Füllungsgrad als Sicherheitsreserve oder als Bereitschaftsanzeige in dem Hydrospeicher vorzuhalten, kann bei Unterschreiten dieses Füllungsgrades der Stromschalter oder ein nachgeschalteter Schaltverstärker den Druckerzeuger selbst wieder anschalten bzw. die Zufuhr von Druckmittel über ein Schaltventil bewirken. Ein spezielles Anwendungsbeispiel ergibt sich bei sogenannten Fahrstabilitätsregelungen (FSR) von Kraftfahrzeugen. Diese Regelungen sollen dazu dienen, Schleuderbewegungen durch individuelle Beeinflussung einzelner Bremsen entgegenzuwirken. Da ein Druckaufbau z. B. durch ein Elektro-Pumpenaggregat zu langsam ist, wird eine Startmenge für die Regelung aus einem Kolbenspeicher entnommen. Diese Menge soll unabhängig von verschiedenen Temperaturen und Betriebsdrücken immer konstant sein, wobei vorausgesetzt wird, daß ein Mindestsystemdruck aufgebaut werden kann, der in jedem Fall eine korrekte Füllung des Kolbenspeichers ermöglicht. Eine solche Betriebsweise ließe sich prinzipiell mit jedem herkömmlichen Kolbenspeicher mit Stellungsüberwachung verwirklichen, sofern man seinen Kolben bis zu einem bodenseitigen Endanschlag verfahren würde und kurz vor Erreichen der Endlage ein Schaltsignal im Sinne einer Bereitschaftsanzeige erzeugen würde. Die Füllung wäre immer die gleiche, selbst wenn der Betriebsdruck weiter ansteigen würde. Ein Nachteil bei dieser Anordnung würde allerdings in einem vergleichsweise großen progressiven Druckanstieg bestehen, da als Restgasraum im wesentlichen nur das Volumen des topfförmigen Kobens übrig bliebe. Anders ausgedrückt, um kurz vor der vollen Entleerung des Kolbenspeichers noch den notwendigen Arbeitsdruck zu haben, muß der Betriebsdruck bei voller Füllung wesentlich höher liegen.

Dieser Nachteil ist bei einer Anordnung nach der DE 41 15 342 A1 vermieden, da dort das Gasvolumen in Relation zum gespeicherten Flüssigkeitsvolumen wesentlich vergrößert ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein im Durchmesser kleineres, den Kolben führendes und im Hub begrenzendes Gehäuse von einem im Durchmesser größeren Gehäuse unter Bildung eines großen Gasraums umgeben ist, so daß sich ein Kolbenspeicher in Art eines sogenannten Doppelrohrspeichers ergibt. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, daß derartige Kolbenspeicher durch die Schachtelung zweier Gehäuse einen komplizierten Ausbau bekommen und auch gewichtsmäßig nicht so zu optimieren sind, wie es für den Fahrzeugbau wünschenswert wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, d. h. einen stellungsüberwachten Kolbenspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß bei geringem Gewicht und mit wenigen Einzelteilen unabhängig von Temperatur und/oder Betriebsdruck immer eine genau festgelegte Druckmittelmenge gespeichert und abgegeben wird, wobei das Druckverhältnis zwischen dem zur vollen Befüllung notwendigen Betriebsdruck und dem Mindestbetriebsdruck (oder auch der Gasvorspannung) gering bleibt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nur noch ein einzelnes Gehäuse vorhanden ist, welches sich leicht herausstellen läßt. Die Innenbearbeitung braucht nur über einen Teil der Gesamtlänge zu erfolgen. Durch die Verwendung eines Kunststoff-Formteils läßt sich der Kolben quasi verlängern, so daß die Erzeugung eines Schaltsignals selbst in einem nicht innenbearbeiteten Bereich ermöglicht wird. Da es ausreichend ist, daß der Ringmagnet den Ansatz mit Spiel umgreift, entfallen auch teure Doppelzentrierungen oder sonstige erhöhte Genauig­ keitsanforderungen.

Anspruch 2 richtet sich auf Form und Befestigung des Kunststoff- Formteils.

Anspruch 3 richtet sich auf eine einstückige Ausführung von Zylindergehäuse und Boden (mit Ansatz), wobei gemäß Anspruch 4 bevorzugt Aluminium verwendet werden kann.

Anspruch 5 bezieht sich auf eine spezielle Anwendung und auf einen Schaltpunkt, der vor dem maximal möglichen Hub des Kolbens liegt und nach Anspruch 6 bei ca. 70% des maximalen Hubes liegen kann.

Anspruch 7 richtet sich auf eine axial verstellbare Anordnung des Stromschalters mittels eines Schraubgewindes, wofür nach Anspruch 8 eine Drehversicherung vorgesehen sein kann.

Die Ansprüche 9 und 10 beschreiben die wahlweise Möglichkeit, den Stromschalter als Öffner oder Schließer zu benutzen.

Anhand eines in einer prinzipiellen Abbildung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Ein topfförmiges zylindrisches Gehäuse 1 ist durch einen einstückig angeformten flachen Boden 2 sowie einen weiteren angeschweißten flachen Boden 3 verschlossen. Ein Kolben 4 teilt den Innenraum des Gehäuses 1 in zwei Druckräume jeweils veränderlicher Größe, nämlich einen dem Boden 3 benachbarten Flüssigkeitsraum 5 und einen dem Boden 2 benachbarten Gasraum 6. In den Flüssigkeitsraum 5 kann über einen im Boden 3 angeordneten Flüssigkeitsanschluß 7 Flüssigkeit aus einem nicht näher dargestellten Hydrauliksystem eingefüllt werden bzw. wieder an das Hydrauliksystem abgegeben werden. In den Gasraum 6 wird über eine z. B. durch einen Widerstandsschweißbutzen 8 verschließbare Gasfüllöffnung 9 ein unter einem Druck stehendes Gas, meist Stickstoff, zur Erzeugung der sogenannten Gasvorspannung eingefüllt. Der Boden 2 besitzt einen in den Gasraum 6 hineinragenden zylindrischen Ansatz 10 aus einem nicht magnetisierbaren Material und mit einem zentralen Sackloch 11, in welches von außen ein axial verstellbarer Stromschalter 12 bis in den Bereich des Gasraumes 6 eingeschraubt ist. Der Stromschalter 12 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Schaltverstärker verbunden und kann z. B. durch eine Kontermutter 13 gegen Verstellen gesichert werden. Der Kolben 4 besitzt gasraumseitig eine ihm ein topfförmiges Aussehen gebende Ansenkung 14, deren Tiefe mindestens so bemessen ist, daß der den Stromschalter 12 enthaltende Teil des Ansatzes 10 in die Ansenkung 14 eintauchen kann. Im Randbereich 15 des Kolbens 4 ist dieser hülsenartig abgesetzt und besitzt anschließend an die Absatzstufe 16 eine Ringnut 17, die zur Aufnahme eines als Ringwulst 18 ausgebildeten Randbereiches eines kegelstumpfförmigen Kunststoff-Formteils 19 dient, welches den Randbereich 15 um ein gewisses Maß überragt und an seinem freien Ende innen als Halter 20 für einen Ringmagneten ausgebildet ist.

Durchbrüche 22 in der Mantelfläche des "Kegelstumpfes" dienen einer staudruckfreien Strömung bei engem Spalt zwischen Ringmagnet 21 und Ansatz 10. Der Innenraum des Gehäuses 1 ist gestuft ausgeführt, so daß der in der innenbearbeiteten Stufe 23 größeren Durchmessers gleitende Kolben 4 bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses 1 nur einen Teilhub ausführen kann und dann an dem Absatz 24 zwischen der Stufe 23 größeren Durchmessers und einer Stufe 25 kleineren Durchmessers seinen Anschlag findet.

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß bei entleertem Flüssigkeitsraum 5 Flüssigkeit, z. B. Bremsflüssigkeit mit einem über der Gasvorspannung liegenden Betriebsdruck über den Flüssigkeitsanschluß 7 eingefüllt werde. Der Kolben 4 wird sich dann aufwärts bewegen. Dabei wird bei weiter steigendem Druck irgendwann der Ringmagnet 21 in die Nähe des Stromschalters 12 kommen. Das Magnetfeld des Ringmagneten 21 bewirkt dann nach einem vorbestimmten Hub einen Schaltvorgang in dem Stromschalter 12. Je nach Konstruktion des Stromschalters kann dieser selbst als Öffner und/oder Schließer geschaltet sein. Es ist aber auch möglich, in dem Stromschalter nur ein Schaltsignal zu erzeugen und den Schaltvorgang für den Leistungsstrom über eine Auswerteelektronik von einem Schaltverstärker im öffnenden und/oder schließenden Sinne ausführen zu lassen. In dem oben beschriebenen Anwendungsfall würde das Schaltsignal etwa bei 70% des maximalen Hubes erzeugt, wobei eine Toleranz von beispielsweise ±10% erlaubt sein kann. Das Erzeugen des Schaltsignals bedeutet nun nicht unbedingt das Abschalten des Antriebes oder das Verschließen der Zuleitung, sondern kann in erster Linie als Bereitschaftsanzeige benutzt werden, welche eine erneute Füllung meldet. Die weitere Zufuhr von Druckmittel bis zum Anschlag des Kolbens kann z. B. über einen Druckschalter gesteuert werden, da eine kurzfristige Überschreitung des eigentlich notwendigen Fülldruckes nicht schadet und im Vergleich zu einem sonst auftretenden progressiven Druckanstieg gering ist.

Durch das Gewinde des Stromschaltereinsatzes in Verbindung mit der Kontermutter 13 läßt sich der Schaltpunkt genau einstellen. Wenn der Schaltpunkt für die gesamte Anwendung unverändert bleiben soll und kann, könnte man auf die permanente Verstellbarkeit zugunsten einer Justierung und Festlegung des Schaltpunktes verzichten und zwar z. B. durch Verstemmen oder Verquetschen des Gewindes.

So ist es natürlich auch möglich, den gasraumseitigen Boden anzuschweißen. Wenn man davon ausgeht, daß ein Boden mit Ansatz leichter herzustellen sein dürfte als ein vergleichsweise langer Zylinder mit Ansatz, könnte diese Konstruktion sogar günstiger sein als die dargestellte. Natürlich ist es auch möglich, beide Böden anzuschweißen oder z. B. durch Verschrauben zu befestigen.

Claims (10)

1. Stellungsüberwachter Kolbenspeicher mit einem im wesentlichen zylindrischen und mit beidseitigen Böden versehenen Gehäuse mit einem zylindrischen Innenraum, einem den Innenraum in einen Gasraum und einen Flüssigkeitsraum jeweils veränderlicher Größe unterteilenden, abgedichtet geführten Kolben, einem zur Aufnahme eines magnetisch betätigbaren Stromschalters dienenden Sackloch in einem aus nicht magnetisierbaren Material hergestellten und vom gasraumseitigen Boden ausgehend in den Gasraum hineinragenden Ansatz und einem mit dem Kolben innerhalb des Gasraumes verbundenen Ringmagneten, der zumindest auf einem Teil des Kolbenhubes den Ansatz umgreift und zum Auslösen eines Schaltvorganges des Stromschalters bei Erreichen eines vorbestimmten Mindestabstandes zu diesem dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum eine axial vom Ende des Ansatzes (10) entfernte Anschlagstufe (Absatz 24) für den Kolben (4) aufweist und etwa stirnseitig am Kolben (4) ein hohles Kunststoff-Formteil (19) befestigt ist, das an seinem freien Ende (Halterung 20) zur Aufnahme des Ringmagneten (21) vorgesehen ist und daß der Ringmagnet (21) den zum Auslösen eines Schaltvorgangs dienenden Mindestabstand spätestens dann erreicht, wenn der Kolben (4) an der Anschlagstufe (Absatz 24) anstößt.

2. Kolbenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff-Formteil (19) im wesentlichen dem Mantel eines Kegelstumpfes entspricht und mit einer an seinem größten Durchmesser angeordneten, nach innen gerichteten Ringwulst (18) in eine entsprechende Ringnut (17) schnappen kann, die sich am Ende einer stirnseitigen Andrehung (Randbereich 15) am Kolben (4) befindet, auf welche Andrehung das Kunststoff-Formteil (19) aufgeschoben wird.

3. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse (1) und der mit dem Ansatz versehene Boden (2) einstückig ausgebildet sind.

4. Kolbenspeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (1) und Boden (2) ein Aluminiumformteil sind.

5. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche zur Verwendung in einem Bremsregelkreis eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) anspricht, wenn der Kolben (4) einen vorbestimmten Hub gemacht hat, der kleiner ist als sein maximal möglicher.

6. Kolbenspeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bei etwa 70% des maximal möglichen Hubes anspricht.

7. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (11) zumindest in seinem nach außen weisenden Bereich mit Innengewinde versehen ist, der Stromschalter (12) in einem in das Innengewinde einschraubbaren Einsatz angeordnet ist und der Einsatz axial verstellbar ist.

8. Kolbenspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz durch eine Verdrehsicherung (Kontermutter 13) in Position gehalten wird.

9. Kolbenspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bzw. der mit ihm verbundene Schaltverstärker als Öffner ausgebildet ist.

10. Kolbenspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschalter (12) bzw. der mit ihm verbundene Schaltverstärker als Schließer ausgebildet ist.