[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur hydraulischen Betätigung eines beweglichen
Bauteils an einem Fahrzeug, beispielsweise eines Heckdeckels, einer Abdeckklappe od.
dgl., mit zumindest einem doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinder, der einerseits
am Fahrzeug und andererseits am beweglichen Bauteil angelenkt ist, wobei einer von
seinen Arbeitsräumen mit einem passiven Druckspeicher und der andere Arbeitsraum mit
einer Hydraulikpumpe verbunden ist, und wobei zwischen Pumpe und Arbeitszylinder eine
Leitung zum Tank abzweigt, in welche ein Druckbegrenzungsventil eingesetzt ist, sowie
ein Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug,
beispielsweise eines Heckdeckels, einer Abdeckklappe od. dgl., durch Beaufschlagung
eines Arbeitsraumes eines doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders, der einerseits
am Fahrzeug und andererseits am beweglichen Bauteil angelenkt ist, durch einen passiven
Druckspeicher, und durch Beaufschlagung des gegenüberliegenden Arbeitsraumes des Arbeitszylinders
durch eine hydraulische Pumpe.
[0002] Eine derartige Anordnung und ein solches Verfahren sind beispielsweise aus der DE
197 40 029 bekannt. Dabei ist der passive Druckspeicher mit dem kolbenseitigen Arbeitsraum
des Arbeitszylinders verbunden und bei gesperrter Verbindung zwischen Pumpe und stangenseitigen
Arbeitsraum bewirkt die Beaufschlagung durch den Druckspeicher ein Ausfahren des Arbeitszylinders
und damit ein Öffnen beispielsweise einer Heckklappe eines Fahrzeuges. Zum Schließen
der Heckklappe wird die Verbindung zwischen Pumpe und stangenseitigem Arbeitsraum
des Arbeitszylinders geöffnet, so dass der Arbeitszylinder einfährt und gleichzeitig
auch wieder der passive Druckspeicher gespannt wird.
[0003] Nachteilig bei dem beschriebenen Stellsystem ist jedoch, dass beim Öffnen der Heckklappe
die volle Kraft des Druckspeichers wirkt und somit zumindest in Teilbereichen der
Öffnungsbewegung sehr hohe Kräfte hervorruft, falls ein Gegenstand oder Körperteil
einer Person in den Schwenkweg der Heckklappe gerät. Auch beim Auflaufen der Heckklappe
auf ein festes Hindernis führen die hohen Kräfte des Druckspeichers zu großer Beschädigungsgefahr
für das Fahrzeug oder das Hindernis.
[0004] Für die Steuerung eines hydraulischen, einfachwirkenden Zylinders zur Betätigung
bei Fahrzeugkupplungen ist in der US 4,727,791 ein System vorgeschlagen worden, bei
welchem die Geschwindigkeit des Kolbens des Zylinders über zwei steuerbare Proportionaldruckventile
geregelt werden kann. Zwischen der Pumpe des Hydrauliksystems und dem Arbeitszylinder,
der auf der der Pumpe gegenüberliegenden Seite allein von der Kupplungsfederkraft
beaufschlagt ist, sind ein elektrisch ansteuerbares Absperrventil und das erste Proportionaldruckventil
angeordnet, wobei das zweite Proportionaldruckventil in einer Leitung zum Tank angeordnet
ist, welche zwischen dem ersten Proportionaldruckventil und dem Arbeitszylinder von
der Versorgungsleitung zum Zylinder ausgeht. Mit dieser sehr komplizierten und aufwendigen
Anordnung soll eine exakte Geschwindigkeitsregelung und Arretierung des Kolbens in
jeder gewünschten Position erzielt werden, während Sicherheitsaspekte, Notbetätigung
des Zylinders und eine genaue Aussteuerung des Kräfteverhältnisses am Zylinder nicht
berücksichtig sind.
[0005] Ebenfalls zur Geschwindigkeitsregulierung der Bewegung eines Arbeitszylinders zur
Höhenverstellung einer Fahrzeugaufhängung wird ein steuerbares Proportionaldruckventil
in der JP 06040233 verwendet. Dieses Proportionaldruckventil ist allerdings in einer
Leitung angeordnet, welche zwischen der Pumpe und einem elektrisch betätigbaren Absperrventil
ausgeht und zum Tank führt, während der Arbeitszylinder erst hinter diesem Absperrventil
liegt. Auch hier ist der Zylinder auf der der Pumpe gegenüberliegenden Seite lediglich
von der Gewichtskraft des Fahrzeuges beaufschlagt und nach Schließen des Absperrventils
nach dem durchgeführten Höhenverstellvorgang ist das Proportionaldruckventil funktionslos,
kann daher auch keinerlei Sicherheitsfunktionen übernehmen oder eine Notbetätigung
zulassen.
[0006] Sehr ähnlich dazu ist die Presskraftregulierung gemäß der JP 4238993 aufgebaut, bei
welcher mittels eines Proportionaldruckventils die maximale Presskraft eingestellt
werden kann, während keinerlei Sicherheits- und Notbetätigungsfunktionalität realisiert
werden kann. Dies gilt auch für die Geschwindigkeitsregulierung in der Fernsteuerung
für einen Kran gemäß der DE 29 52 963.
[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung und auch das
Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die beschriebenen
Nachteile vermieden werden und dass insbesonders auf einfache und sichere Weise die
Gefahr von Verletzungen von Personen oder die Beschädigungsgefahr für Fahrzeug oder
andere Gegenstände vermindert werden kann.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen Pumpe und Arbeitszylinder
ein in Richtung zur Pumpe sperrendes Rückschlagventil eingesetzt ist, und zwischen
diesem Rückschlagventil und dem Arbeitszylinder eine Leitung zum Tank abzweigt, in
welche ein elektrisch ansteuerbares Proportionaldruckventil als Druckbegrenzungsventil
eingesetzt ist. Das Proportionaldruckventil ist ein Bauteil, bei dem der Druck, bis
zu dem es sperrt oder ab welchem es sperrt, proportional dem ansteuernden Strom ist.
Somit kann in einfacher Weise über geeignete Bestromung des Proportionaldruckventils
dessen Durchlassdruck immer geringfügig höher bzw. niedriger - für die Einfahr- bzw.
Ausfahrbewegung des Arbeitszylinders - gehalten werden als es dem Druck des Druckspeichers
entspricht. Dabei ist selbstverständlich die durch den betätigten Bauteil selbst ausgeübte
Gewichtskraft ebenfalls zu berücksichtigen, welche je nach Kinematik meist gegen die
Kraft des Druckspeichers wirkt, manchmal aber auch in gleichem Sinn. Damit wirkt auf
den zu bewegenden Bauteil des Fahrzeuges immer nur der Differenzdruck zwischen Druckspeicher
und vom Proportionaldruckventil - und für die Einfahrbewegung von der Pumpe bereitgestellten
- bestimmten Druck auf der Gegenseite, wobei je nach Wirkung der Gewichtskraft des
Bauteils der entsprechende Druck zu einem der genannten Drücke addiert werden muss.
In weiterer Folge wird die Gewichtskraft des Bauteils nicht mehr explizit erwähnt,
ist aber selbstverständlich weiterhin im obigen Sinn bei allen Aussagen über die Druckverhältnisse
im System zu berücksichtigen. Insgesamt können so die Kräfte am Bauteil sehr gering
gehalten werden, die allenfalls auch beim Auflaufen auf ein Hindernis oder zum Einklemmen
von Personen oder Gegenständen wirksam werden. Das zwischen der Pumpe und der Abzweigung
der Leitung zum Tank, in welcher das Proportionaldruckventil eingesetzt ist, eingesetzte
und in Richtung zur Pumpe sperrende Rückschlagventil verhindert, dass der Zylinder
bei nicht betätigter Anlage infolge immer vorhandener Leckagen der Pumpe in Ausfahrrichtung
wandern kann, wodurch eine ungewollte Bewegung des bewegten Bauteils, beispielsweise
unerwünschtes Öffnen einer Heckklappe, verhindert ist. Da das Proportionaldruckventil
den Druck im System zwischen dem Rückschlagventil und dem Arbeitszylinder regelt,
kann es zu jeder Zeit seine den Maximaldruck im System begrenzende Sicherheitsfunktion
erfüllen.
[0009] Um ein ungewolltes Betätigen des Bauteils am Fahrzeug zumindest in einer Richtung
im Fall eines Stromausfalls zu vermeiden, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung
das Proportionaldruckventil als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt.
[0010] Um bei Notbetätigung per Hand im Falle eines Ausfalls der Hydraulikpumpe zu gewährleisten,
dass der betätigte Bauteil nicht sofort wieder in die Stellung zurückfedert, in der
er vor Ausfall der Hydraulikpumpe gestanden ist, zweigt zwischen dem Arbeitszylinder
und der Abzweigung der Leitung zum Tank, in welcher das Proportionaldruckventil eingesetzt
ist, eine Leitung zum Tank ab, in welche ein in Richtung zum Tank sperrendes Nachsaug-Rückschlagventil
eingesetzt ist. Damit kann bei Handbetätigung Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank in
den Arbeitszylinder nachgesaugt werden, und bei Loslassen des Bauteils bleibt dieser
durch das nunmehr gesperrte Nachsaug-Rückschlagventil und auch das vorzugsweise stromlos
geschlossene Proportionaldruckventil in der momentanen Lage fixiert.
[0011] Um die Anordnung unabhängig von den herrschenden Umgebungstemperaturen zu machen,
ist der passive Druckspeicher vorteilhafterweise als Federspeicher ausgebildet.
[0012] Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist eine Steuerelektronik vorgesehen, in welcher
ein Programm zur wechselnden Bestromung des Proportionaldruckventils in Anpassung
an wechselnde Verhältnisse im Druckspeicher und/oder in der Kinematik des über den
Arbeitszylinder bewegten Bauteils abgelegt ist. Damit kann in jeder Phase der Bewegung
der Heckklappe od. dgl. der geringstmögliche Kraftüberschuss für die Bewegung und
damit der optimale passive Einklemmschutz und Beschädigungsschutz gewährleistet werden.
[0013] Die Lösung der eingangs gestellten Aufgabe erfolgt beim Verfahren zur hydraulischen
Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug, dadurch, dass beim Ausfahren
des Arbeitszylinders der Druck im gegenüberliegenden Arbeitsraum in einem engen Bereich
unterhalb des jeweiligen Drucks des Druckspeichers gehalten wird. Damit wirkt auf
den zu bewegenden Bauteil des Fahrzeuges immer nur ein sehr geringer Differenzdruck,
nämlich jener zwischen Druckspeicher und dem vom Proportionaldruckventil - und für
die Einfahrbewegung von der Pumpe bereitgestellten - bestimmten Druck auf der Gegenseite,
so dass die Kräfte am Bauteil sehr gering gehalten werden können.
[0014] Mit dem gleichen Effekt wie soeben erläutert ist beim Verfahren zur hydraulischen
Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung vorgesehen, dass beim Einfahren des Arbeitszylinders der Druck im mit
der Pumpe verbundenen Arbeitsraum in einem engen Bereich oberhalb des jeweiligen aktuellen
Drucks des Druckspeichers gehalten wird.
[0015] In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines im beigefügten
schematischen hydraulischen Schaltplan dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert
werden.
[0016] Zur Betätigung eines bewegbaren Bauteils an einem Fahrzeug, beispielsweise einer
Heckklappe od. dgl. ist ein Arbeitszylinder 1 vorgesehen, der mit einem Ende, vorzugsweise
dem Boden, am Fahrzeug und mit dem anderen Ende, d.h. der Kolbenstange 2 am bewegten
Teil angeschlagen ist. Anstelle der beidseitigen direkten Anlenkung des Arbeitszylinders
1, welche natürlich entsprechend bewegliche Leitungen oder ein insgesamt mit dem Arbeitszylinder
1 mitbewegbares Hydrauliksystem erfordert, könnte die Anlenkung des Arbeitszylinders
1 auf der Fahrzeug- und/oder Bauteilseite auch indirekt über Hebel, Scharnieranordnungen
oder dergleichen erfolgen, wobei der Arbeitszylinder 1 auch relativ zum Fahrzeug feststehend
montiert sein könnte.
[0017] Ein passiver Druckspeicher 4 mit geringstmöglicher Temperaturabhängigkeit durch seine
Feder 5 ist mit dem kolbenseitigen Arbeitsraum 3 des Arbeitszylinders 1 über eine
Leitung verbunden, in der auch eine Düse 6 als Drosselelement eingesetzt ist.
[0018] Der stangenseitige Arbeitsraum 7 des Arbeitszylinders 1 wird über die Pumpe 8 mit
Hydraulikmedium aus dem Tank 9 versorgt, wobei in die Verbindungsleitung zwischen
Pumpe 8 und Arbeitszylinder 1 ebenfalls eine Düse 10 als Drosselelement und ein in
Richtung Pumpe 8 sperrendes Rückschlagventil 11 eingesetzt sind. Das Rückschlagventil
11 bewirkt, dass der Arbeitszylinder 1 bei nicht betätigter Anlage aufgrund der immer
auftretenden Leckagen der Pumpe 8 in der Richtung des Ausfahrens der Kolbenstange
2, was in den meisten Anwendungsfällen die Richtung des Öffnens der Heckklappe od.
dgl. ist, wandern kann.
[0019] Zwischen dem Rückschlagventil 11 und dem Arbeitszylinder zweigen noch zwei weitere
Leitungen zum Tank 9 ab, wobei in einer dieser Leitungen ein Nachsaug-Rückschlagventil
12 eingesetzt ist. Bei abgeschalteter oder ausgefallener Anlage kann der Bauteil selbstverständlich
auch von Hand betätigt werden, wobei dann über das Rückschlagventil 12 Hydraulikmedium
aus dem Tank 9 in den stangenseitigen Arbeitsraum 7 nachgesaugt wird. Durch die Sperr-Richtung
zum Tank 9 des Rückschlagventils 12 wird dann die Heckklappe od. dgl. in der durch
die Handbetätigung erreichten Stellung gehalten.
[0020] In der zweiten Leitung ist ein elektrisch ansteuerbares Proportionaldruckventil 13
eingesetzt, welches je nach Höhe der Bestromung unterschiedliche Schwellenwerte aufweist
und somit das Druckniveau im stangenseitigen Arbeitsraum 7 des Arbeitszylinders 1
bestimmt. Zum Öffnen der Heckklappe od. dgl. durch Ausfahren der Kolbenstange 2 des
Arbeitszylinders 1 wird das Proportionaldruckventil 13 derart angesteuert, dass der
zugehörige Durchlass-Schwellenwert gerade geringfügig niedriger liegt als der Druck
im Druckspeicher 4. Dieser erzeugt daher gerade nur den Gegendruck, damit der Öffnungsvorgang
erfolgt. Vorteilhafterweise kann über eine elektronische Steuerung die Bestromung
des Proportionaldruckventils 13 derart variiert werden, dass einerseits Veränderungen
im Druckniveau des Druckspeichers 4 während des Ausfahrvorganges als auch unterschiedlich
notwendige Kräfte aufgrund der wechselnden geometrischen Verhältnisse im Bewegungsablauf
berücksichtigt werden können. Die elektronische Steuerung steuert beispielsweise je
nach Deckelwinkel - der über Weg-, Winkel- oder Neigungsaufnehmer ermittelt bzw. aus
deren Signalen in der Steuerelektronik errechnet wird - das Proportionaldruckventil
13 mit dem Strom an, der im Zusammenhang mit dem Druck des Druckspeichers 4 die gerade
erforderliche Kraft zum Öffnen und/oder Schließen der Abdeckklappe od. dgl. hervorruft,
es tritt aber kein Überschuss an Kraft auf, wie diese bei herkömmlichen Systemen mit
Auslegung auf den maximalen notwendigen Druck in einem großen Bereich des Schwenk-
oder Verschiebeweges der Fall ist. Die entsprechende Steuerkurve kann vorzugsweise
empirisch ermittelt und in der Steuerelektronik gespeichert werden. Damit ist ein
optimaler passiver Einklemmschutz erreicht, wobei auch die für Öffnen und Schließen
unterschiedlichen Druckverläufe - beispielsweise aufgrund der Unterstützung der Schließbewegung
durch das Gewicht der Abdeckklappe od. dgl. - berücksichtigt werden können. Die bei
herkömmlichen Betätigungsanordnungen notwendigen Druckbegrenzungsventile können dabei
entfallen.
[0021] Zum Schließen der Heckklappe od. dgl., d.h. im dargestellten Beispiel zum Einfahren
des Arbeitszylinders 1, wird die Pumpe 8 betätigt und auch das Proportionaldruckventil
13 mit nur so hohem Strom angesteuert, dass der Druck im stangenseitigen Arbeitsraum
7 gerade etwas über dem vom Druckspeicher bestimmten Druck im kolbenseitigen Arbeitsraum
3 liegt.
[0022] Eine typische Steuerkurve wird zu Beginn der Öffnungsbewegung eine höhere Bestromung
des Proportionaldruckventils 13 vorsehen, so dass das Ausfahren und Überwinden des
Anfangswiderstandes mit einer höheren Kraft bewerkstelligt wird. Auch die Kinematik
und die Hebelverhältnisse sind zu Beginn eher unvorteilhaft, so dass eine höhere Kraft
erforderlich ist. Der Druck und die dadurch erzeugte Kraft werden aber lediglich auf
einen Wert eingestellt, der gerade ausreicht, um die Öffnungsbewegung in der jeweiligen
Phase durch- bzw. weiterführen zu können. Unnötige und im Falle von Hindernissen im
Weg der Abdeckklappe zu Beschädigungen oder Verletzungen führende Kraftüberschüsse
werden vermieden. Sobald die Abdeckklappe in Bewegung ist und auch die Kinematik und
die Hebelverhältnisse günstiger sind, wird der Druck und damit auch die Betätigungskraft
zurückgeregelt, das Proportionaldruckventil 13 weniger bestromt. Am Ende des Aufschwenkens
wird meist die Kinematik wieder ungünstiger, der Einfluss des Gewichts der Abdeckklappe
spielt meist eine nur untergeordnet Rolle, da sie sich im wesentlichen in einer labilen
Gleichgewichtslage befindet. Der Sperrwert des Proportionaldruckventils 13 für den
Druck im System wird daher zwar angehoben, aber nicht auf einen so hohen Wert wie
zu Beginn der Bewegung.
[0023] Beim Schließen sind sinngemäß die gleichen Verhältnissen in umgekehrter Reihenfolge
gegeben, wobei aber zu berücksichtigen ist, dass das Absenken der Abdeckklappe od.
dgl. durch deren Gewicht unterstützt wird, andererseits aber auch der Widerstand der
Feder 5 im Druckspeicher 4 überwunden werden muss.
[0024] Vorteilhafterweise ist das Proportionaldruckventil 13 als stromlos geschlossenes
Ventil ausgeführt, wodurch auch bei Ausfall der Stromversorgung die Haltefunktion
des Arbeitszylinders 1 gewährleistet und ein unbeabsichtigtes Öffnen der Heckklappe
od. dgl. verhindert ist.
[0025] Vorteilhafterweise kann bei Bedarf auch in der Verbindungsleitung zwischen dem Proportionaldruckventil
13 und dem Tank 9 ein Element, vorzugsweise eine Düse, zur Regelung des Volumenstromes
des Hydraulikmediums und damit auch der Geschwindigkeit des oder jedes Arbeitszylinders
1 vorgesehen sein.
1. Anordnung zur hydraulischen Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug,
beispielsweise eines Heckdeckels, einer Abdeckklappe od. dgl., mit zumindest einem
doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinder (1), der einerseits am Fahrzeug und
andererseits am beweglichen Bauteil angelenkt ist, wobei einer von seinen Arbeitsräumen
(3) mit einem passiven Druckspeicher (4) und der andere Arbeitsraum (7) mit einer
Hydraulikpumpe (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pumpe (8)
und Arbeitszylinder (1) ein in Richtung zur Pumpe (8) sperrendes Rückschlagventil
(11) eingesetzt ist, und zwischen diesem Rückschlagventil (11) und dem Arbeitszylinder
(1) eine Leitung zum Tank (9) abzweigt, in welche ein elektrisch ansteuerbares Proportionaldruckventil
(13) als Druckbegrenzungsventil eingesetzt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Proportionaldruckventil
(13) als stromlos geschlossenes Ventil ausgeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitszylinder
(1) und der Abzweigung der Leitung zum Tank (9), in welcher das Proportionaldruckventil
(13) eingesetzt ist, eine Leitung zum Tank abzweigt, in welche ein in Richtung zum
Tank sperrendes Nachsaug-Rückschlagventil (12) eingesetzt ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
passive Druckspeicher (4) als Federspeicher ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Steuerelektronik vorgesehen ist, in welcher ein Programm zur wechselnden Bestromung
des Proportionaldruckventils (13) in Anpassung an wechselnde Verhältnisse im Druckspeicher
(4) und/oder in der Kinematik des über den Arbeitszylinder (1) bewegten Bauteils abgelegt
ist.
6. Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug,
beispielsweise eines Heckdeckels, einer Abdeckklappe od. dgl., durch Beaufschlagung
eines Arbeitsraumes (3) eines doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders (1),
der einerseits am Fahrzeug und andererseits am beweglichen Bauteil angelenkt ist,
durch einen passiven Druckspeicher (4), und durch Beaufschlagung des gegenüberliegenden
Arbeitsraumes (7) des Arbeitszylinders durch eine hydraulische Pumpe (8), dadurch
gekennzeichnet, dass beim Ausfahren des Arbeitszylinders (1) der Druck im gegenüberliegenden
Arbeitsraum (7) in einem engen Bereich unterhalb des jeweiligen aktuellen Drucks des
Druckspeichers (4) gehalten wird.
7. Verfahren zur hydraulischen Betätigung eines beweglichen Bauteils an einem Fahrzeug,
beispielsweise eines Heckdeckels, einer Abdeckklappe od. dgl., durch Beaufschlagung
eines Arbeitsraumes (3) eines doppeltwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders (1),
der einerseits am Fahrzeug und andererseits am beweglichen Bauteil angelenkt ist,
durch einen passiven Druckspeicher (4), und durch Beaufschlagung des gegenüberliegenden
Arbeitsraumes (7) des Arbeitszylinders durch eine hydraulische Pumpe (8), dadurch
gekennzeichnet, dass beim Einfahren des Arbeitszylinders (1) der Druck im mit der
Pumpe (8) verbundenen Arbeitsraum (7) in einem engen Bereich oberhalb des jeweiligen
aktuellen Drucks des Druckspeichers (4) gehalten wird.