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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Lenksystem für
ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Pumpe für
ein derartiges Lenksystem.
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Aus
der
DE 101 34 474
A1 ist ein hydraulisches Lenksystem für ein Kraftfahrzeug
bekannt, das mit einer Pumpe zum Antreiben eines Hydraulikmittels
in einem Hydraulikkreis des Lenksystems ausgestattet ist. Diese
Pumpe ist mit einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs permanent antriebsgekoppelt.
In der Folge korreliert die Pumpendrehzahl mit der Motordrehzahl.
Da der von der Pumpe geförderte Volumenstrom zur Pumpendrehzahl
proportional ist, ist bei einem bekannten Lenksystem der Volumenstrom des
im Hydraulikkreis geförderten Hydraulikmittels proportional
zur Motordrehzahl. Durch die Verwendung eines Volumenstromregelventils
kann der im Hydraulikkreis geförderte Volumenstrom auf
einem vorbestimmten Volumenstrom begrenzt werden. Des Weiteren kann
mit Hilfe eines Druckbegrenzungsventils auch der Druck im Hydraulikmittel
auf einen vorbestimmten Druck begrenzt werden.
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Die
Auslegung der Pumpe erfolgt bei einem konventionellen hydraulischen
Lenksystem in Abhängigkeit des Volumenstroms, der für
ein komfortables lenkkraftunterstütztes Lenken bei großen Lenkwinkeln
und/oder bei großen Lenkgeschwindigkeiten erforderlich
ist. Hohe Lenkwinkel und/oder Lenkgeschwindig keiten treten überwiegend
beim Rangieren bzw. beim Parkieren des Fahrzeugs auf. Hierbei stehen
regelmäßig nur geringe Motordrehzahlen und somit
geringe Pumpendrehzahlen zur Verfügung. Dementsprechend
muss die Pumpe den erforderlichen Volumenstrom bereits bei relativ
kleinen Pumpendrehzahlen liefern können. In der Folge ist
die Pumpe bei Geradeausfahrten und bei Fahrten mit erhöhter
Motordrehzahl zwangsläufig überdimensioniert,
so dass die einzelnen Komponenten des Lenksystems regelmäßig
von einem konstanten und vergleichsweise hohen Systemvolumenstrom
durchströmt werden, was vergleichsweise hohe Druckverluste
mit sich bringt. Diese Druckverluste erfordern wiederum eine relativ
hohe hydraulische Leistung der Pumpe, die vom Antriebsmotor bereitgestellt
werden muss. Die Reduktion dieser Druckverluste kann die hydraulische
Leistung der Pumpe und somit auch den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs
verringern.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem,
für ein Lenksystem der eingangs genannten Art bzw. für
eine zugehörige Pumpe eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass der Druckverlust
im Lenksystem reduziert ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den im Hydraulikkreis
des Lenksystems geförderten Volumenstrom auf den jeweils
vorliegenden Bedarfsfall anzupassen. Beispielsweise soll im Falle
einer Geradeausfahrt der Volumenstrom des Hydraulikmittels reduziert
und insbesondere vollständig abgeschaltet werden, während
beim Parkieren bzw. Rangieren der auslegungsgemäß erforderliche Systemvolumenstrom
bereitgestellt werden soll.
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Erfindungsgemäß wird
dies mit Hilfe eines Bypasses erreicht, der die Pumpe umgeht und
der hinsichtlich seines Durchströmungswiderstands gesteuert
werden kann. Dieser Bypass verbindet somit die Druckseite der Pumpe
mit deren Saugseite. Mit anderen Worten, mit dem Bypass wird die
Pumpe kurzgeschlossen. Bei geschlossenem Bypass besitzt dieser einen
maximalen Durchströmungswiderstand, wodurch die komplette
Förderleistung der Pumpe zur Verfügung steht und
zum Erzeugen des erforderlichen Volumenstroms an Hydraulikmittel
im Hydraulikkreis des Lenksystems bereitsteht. Bei vollständig geöffnetem
Bypass besitzt dieser einen minimalen Durchströmungswiderstand,
so dass ein wesentlicher Anteil des von der Pumpe geförderten
Hydraulikmittels über den Bypass direkt zur Saugseite der Pumpe
zurückgelangt, während nur ein minimaler Anteil
durch den Hydraulikkreis gefördert wird. Die Aufteilung
des von der Pumpe geförderten Volumenstroms auf den Bypass
und auf den Hydraulikkreis hängt dabei vom Durchströmungswiderstand
des Hydraulikkreises ab. Im Idealfall strömt das von der Pumpe
geförderte Hydraulikmittel bei vollständig geöffnetem
Bypass ausschließlich durch den Bypass. Jedenfalls fördert
die Pumpe gegen einen minimalen Widerstand, wodurch sie nur vergleichsweise
wenig Leistung aufnimmt. Dementsprechend reduziert sich der Leistungsbedarf
der Pumpe bei geöffnetem Bypass, wodurch weniger Arbeit
vom Antriebsmotor des Fahrzeugs abgegriffen werden muss. Dementsprechend
reduziert sich der Energiebedarf bei einem Elektromotor als Antriebsmotor
bzw. der Kraftstoffbedarf bei einer Brennkraftmaschine als Antriebsmotor.
Es ist klar, dass grundsätzlich auch beliebige Zwischenstellungen
zwischen 0% und 100% des Durchströmungswiderstands am Bypass
einstellbar sind. Die Steuerung des Durchströmungswiderstands
des Bypasses erfolgt erfindungsge mäß in Abhängigkeit
zumindest eines Fahrzustandsparameters. Geeignete Fahrzustandsparameter
sind beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenkwinkel
sowie Lenkgeschwindigkeit, wobei die genannten Parameter rein exemplarisch
und keinesfalls abschließend aufgezählt sind und
im Übrigen einzeln oder in beliebiger Kombination berücksichtigt
verwendet werden können.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der
Bypass und/oder eine Steuereinrichtung zum Steuern des Durchströmungswiderstands
des Bypasses in die Pumpe integriert sein. Hierdurch ergibt sich
eine besonders kompakte Bauform für die Pumpe. Insbesondere
kann dadurch auch eine in einem konventionellen Lenksystem bereits
vorhandene Anschlusskinematik in unveränderter Form verwendet
werden, wenn anstelle einer herkömmlichen Pumpe die vorgeschlagene Pumpe
mit integriertem Bypass verwendet wird. Die integrale Bauform vereinfacht
somit die Nachrüstung bzw. Umrüstung bestehender
Lenksysteme.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipskizze eines hydraulischen
Lenksystems,
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2–4 stark
vereinfachte, prinzipielle Draufsichten auf eine Pumpe, bei verschiedenen Ausführungsformen.
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Entsprechend 1 umfasst
ein hydraulisches Lenksystem 1, das bei einem Kraftfahrzeug zur
Anwendung kommt, von dem lediglich ein Antriebsmotor 2 dargestellt
ist, einen Hydraulikkreis 3, in dem ein Hydraulikmittel
zirkuliert und in den eine Pumpe 4, ein Hydraulikmittelreservoir 5 sowie
zumindest eine hydraulische Lenkeinrichtung 6 eingebunden
sind. Bei der hydraulischen Lenkeinrichtung 6 kann es sich
beispielsweise um ein Kolben-Zylinder-Aggregat handeln. Die Pumpe 4 ist
durch einen mit unterbrochener Linie gezeichneten Rahmen dargestellt.
Die Pumpe 4 ist mit dem Antriebsmotor 2 permanent
antriebsgekoppelt, was hier durch eine Welle 7 angedeutet
ist. Es ist klar, dass der Antriebsmotor 2 die Pumpe 4 üblicherweise über
einen Treibriemen oder über eine Kette oder dergleichen
antreiben kann. Dabei kann eine hier nicht näher gezeigte Antriebswelle
der Pumpe 4 mit einer Nockenwelle oder mit einer Kurbelwelle
des Antriebsmotors 2 gekoppelt sein.
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Die
Pumpe 4 besitzt einen Sauganschluss 8, über
den sie an das Reservoir 5 angeschlossen ist, sowie einen
Druckanschluss 9, über den sie an die wenigstens
eine Lenkeinrichtung 6 angeschlossen ist. Die Pumpe 4 umfasst
eine Fördereinrichtung 10, die in einem Gehäuse 11 der
Pumpe 4 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 ist
in 1 wieder durch den mit unterbrochener Linie gezeichneten
Rahmen repräsentiert, der auch die Pumpe 4 darstellt.
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Erfindungsgemäß ist
nun ein Bypass 12 zur Umgehung der Pumpe 4 vorgesehen.
Im Beispiel ist der Bypass 12 in die Pumpe 4 integriert,
derart, dass er im Gehäuse 11 angeordnet ist und
darin die Fördereinrichtung 10 umgeht. Der Bypass 12 ist
so ausgestaltet, dass sein Durchströmungswiderstand in Abhängigkeit
zumindest eines Fahrzustandsparameters des mit dem Lenksystem 1 ausgestatteten
Fahrzeugs gesteuert werden kann. Zu diesem Zweck ist dem Bypass 12 eine
Steuereinrichtung 13 zugeordnet. Diese Steuereinrichtung 13 ist
zum Steuern des Durchströmungswiderstands des Bypasses 12 ausgestaltet
und ist mit einem Steuergerät 14 gekoppelt, zum
Beispiel über eine Steuerleitung 15. Das Steuergerät 14 kann
nun die Steuereinrichtung 13 in Abhängigkeit des
wenigstens einen Fahrzustandsparameters betätigen. Das
Steuergerät 14 kann beispielsweise in ein Motorsteuergerät
hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig
implementiert sein. Hierdurch kennt das Steuergerät 14 den
jeweils erforderlichen Fahrzustandsparameter. Beispielsweise kann
das Steuergerät 14 die Steuereinrichtung 13 in Abhängigkeit
der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, in Abhängigkeit
eines aktuell eingelegten Gangs eines Getriebes des Fahrzeugs, in
Abhängigkeit eines aktuellen Lenkwinkels, in Abhängigkeit
einer aktuellen Lenkgeschwindigkeit oder in Abhängigkeit
einer beliebigen Kombination der vorstehend genannten Parameter
oder anderer Parameter betätigen.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Bypass 12 in
die Pumpe 4 integriert bzw. in das Gehäuse 11 der
Pumpe 4 integriert. Dementsprechend verläuft eine
Bypassleitung 16, in der die Steuereinrichtung 13 angeordnet
ist, im Gehäuse 11. Ebenso befindet sich die Steuereinrichtung 13 im
Gehäuse 11. Anstelle einer solchen internen Anordnung kann
auch eine externe Anordnung vorgesehen sein, bei der die Pumpe 4 und
der Bypass 12 separate Komponenten bilden.
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Die
Pumpe 4 enthält im Gehäuse 11 eine Druckleitung 17,
die einen Druckausgang 18 der Fördereinrichtung 10 mit
dem Druckanschluss 9 der Pumpe 4 verbindet. Ferner
ist eine Saugleitung 19 im Gehäuse 11 angeordnet,
die einen Saugeingang 20 der Fördereinrichtung 10 mit
dem Sauganschluss 8 der Pumpe 4 verbindet. Die
Bypassleitung 16 schließt nun die Druckseite der
Fördereinrichtung 10 mit der Saugseite der Fördereinrichtung 10 kurz.
Das heißt, die Bypassleitung 16 verbindet die
Druckleitung 17 mit der Saugleitung 19.
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Die
Steuereinrichtung 13 kann nun den durchströmbaren
Querschnitt und somit den Durchströmungswiderstand der
Bypassleitung 16 steuern. Dabei ist die Steuereinrichtung 13 elektrisch
betätigbar, und zwar insbesondere mit dem Steuergerät 14. Der
Bypass 12 ist ausfallsicher, also Fail-Safe ausgelegt.
Bei einem Stromausfall sperrt die Steuereinrichtung 13 den
Bypass 12, so dass die maximale Förderleistung
der Pumpe 4 bzw. der Fördereinrichtung 10 zur
Verfügung steht.
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Die
Pumpe 4 ist im Beispiel der 1 außerdem
mit einem Volumenstromregelventil 21 ausgestattet, das
in Abhängigkeit des druckseitigen Hydraulikdrucks betätigt
wird und das den am Druckanschluss 9 der Pumpe 4 austretenden
Volumenstrom auf einen vorbestimmten Grenzwert begrenzt.
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Zusätzlich
oder alternativ kann ein Druckbegrenzungsventil 22 vorgesehen
sein, das in Abhängigkeit des drucksseitigen Hydraulikdrucks
den am Druckanschluss 9 bereitgestellten Hydrau likmitteldruck
auf einen vorbestimmten Grenzwert begrenzt. Im Beispiel ist das
Druckbegrenzungsventil 22 dem Volumenstromregelventil 21 nachgeordnet.
Ferner ist hier ein Injektor 23 dargestellt, über
den das Druckregelventil 21 bzw. das Druckbegrenzungsventil 22 an die
Saugseite der Fördereinrichtung 10 zurückgeführt
sind.
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Entsprechend
den 2–4 umfasst eine
vereinfacht dargestellte Pumpe 4 ein Gehäuse 11,
das mit einem Deckel 24 verschlossen sein kann. Die Pumpe 4 besitzt
intern zwei Druckanschlüsse A und C sowie zwei Sauganschlüsse
B und D. Entsprechend 2 können der eine Druckanschluss
A und der eine Sauganschluss B über den Bypass 12 miteinander
verbunden sein, wodurch die Pumpe 4 kurzschließbar
ist.
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Gemäß 3 kann
zusätzlich auch der andere Druckanschluss C mit dem anderen
Sauganschluss D über einen weiteren Bypass 12 kurzgeschlossen
sein. Die beiden Steuereinrichtungen 13 können
dabei synchron betätigt werden.
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Alternativ
ist es gemäß 4 auch möglich, die
beiden Druckanschlüsse A und C über eine erste Verbindungsleitung 25 und
die beiden Sauganschlüsse B und D über eine zweite
Verbindungsleitung 26 miteinander zu koppeln. Im Übrigen
entspricht die in 4 gezeigte Ausführungsform
der in 2 gezeigten Ausführungsform.
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Die
jeweilige Bypassleitung 16 und insbesondere die Steuereinrichtung 13 sowie
ggf. die Verbindungsleitungen 25, 26 können
gemäß den in den 2–4 gezeigten
Ausführungsformen in den Deckel 24 des Gehäuses 11 integriert
sein. Bei einer anderen Ausführungsform ist es grundsätzlich
möglich, den Bypass 12, also die Bypassleitung 16 und/oder
Steuereinrichtung 13 sowie gegebenenfalls zumindest eine
der Verbindungsleitungen 25, 26 in eine Wand des
Gehäuses 2 zu integrieren.
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Des
Weiteren ist es grundsätzlich möglich, den Deckel 24 dahingehend
zu modifizieren, dass er als Schaltscheibe verwendet werden kann,
in welche die Funktionalitäten des Bypasses 12 und
der Steuereinrichtung 13 integriert sind. Durch Drehen
dieser Schaltscheibe, also des modifizierten Deckels 24, kann
der Bypass 12 geöffnet und geschlossen werden.
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Das
Lenksystem 1 gemäß 1 arbeitet
wie folgt:
Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit betätigt
das Steuergerät 14 die Steuereinrichtung 13 zum Öffnen der
Bypassleitung 16, wodurch der Durchströmungswiderstand
des Bypasses 12 minimiert wird. In der Folge fließt
das von der Fördereinrichtung 10 geförderte
Hydraulikmittel weitgehend, insbesondere ausschließlich
durch die Bypassleitung 16 von der Druckseite der Fördereinrichtung 10 direkt
zurück zur Saugseite der Fördereinrichtung 10.
Die Pumpe 4 erzeugt dann an ihrem Druckanschluss 9 keinen
Volumenstrom bzw. einen signifikant reduzierten Volumenstrom. Gleichzeitig
fördert die Fördereinrichtung 10 gegen
einen minimalen Widerstand, wodurch die für den Antrieb
der Fördereinrichtung 10 benötigte Antriebsleistung
minimiert wird. Der Antriebsmotor 2 wird dadurch entlastet
und benötigt weniger Energie, insbesondere weniger Kraftstoff.
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Bei
niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit betätigt das Steuergerät 14 die
Steuereinrichtung 13 zum Schließen der Bypassleitung 16,
wodurch der Durchströmungswiderstand des Bypasses 12 maximiert wird.
In der Folge strömt das von der Fördereinrichtung 10 geförderte
Hydraulikmittel weitgehend, bevorzugt ausschließlich zum
Druckanschluss 9, wodurch der gewünschte Volumenstrom
am Druckanschluss 9 der Pumpe 4 bereitgestellt
wird.
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Des
Weiteren sind auch beliebige Zwischenzustände denkbar,
bei denen nur ein Teil der von der Fördereinrichtung 10 geförderten
Volumenstroms über den Bypass 12 zurückgeführt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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