DE102008042728A1

DE102008042728A1 - Hydrauliksystem

Info

Publication number: DE102008042728A1
Application number: DE200810042728
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-15
Also published as: WO2010040708A1; EP2331827A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit hubgeregelter Rotationspumpe (2) zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher (3) eines Lenksystems oder aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs, deren Druckmittelstrom zu dem Verbraucher (3) über einen vorgesteuerten Druckregler so geregelt ist, dass die Strömungsrate des Druckmittels zu dem Verbraucher (3) etwa konstant ist und der Druck variabel ist. Um ein Hydrauliksystem mit einer Konstantstromregelung anzugeben, deren Druck hinsichtlich einer Verbesserung des Energiehaushalts geregelt ist, ist vorgesehen, dass der Druck des Druckmittels durch ein regelbares Druckbegrenzungsventil (14) in Anpassung an einen für die Beaufschlagung des Verbrauchers (3) vorgegebenen Drucks veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem mit einer hubgeregelten Rotationspumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher eines Lenksystems oder eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hydrauliksysteme mit hub- und volumenstromgeregelter Pumpe beispielsweise für einen Verbraucher, wie eine hydraulische Servolenkung eines Fahrzeugs weisen einen vorgesteuerten Druckregler, wie etwa ein Stromregelventil für einen konstanten Druckmittelstrom auf. Dabei ist eine erste Ventilkammer oder Hochdruckkammer des Stromregelventils fluidisch über eine erste Steuerleitung stromauf einer ersten Blende in einer Versorgungsleitung für den Verbraucher verbunden. Eine zweite Ventilkammer oder Niederdruckkammer des Stromregelventils weist in ihrem Inneren eine Druckfeder auf und ist durch einen in Richtung auf die erste Ventilkammer federbelasteten Regelkolben getrennt, wobei die zweite Ventilkammer über eine zweite Steuerleitung auf der stromabwärtigen Seite der ersten Blende mit der Versorgungsleitung verbunden ist. Der Regelkolben wird in Abhängigkeit von dem Druckunterschied an einer Blende in der zweiten Steuerleitung verstellt, um einen Teil des Druckmittels von der Versorgungsleitung abzuführen, oder eine druckmittel-beaufschlagte Stelleinrichtung für einen Kurvenring der Rotationspumpe anzusteuern und um dadurch die Strömungsrate des Druckmittels zu dem Verbraucher etwa konstant zu halten.
Nachteilig ist, daß mit dieser Regelungsmethode nur eine fest vorgegebene Ventilcharakteristik und ein definierter Handmomentenverlauf an einer Lenkhandhabe möglich ist. Eine Beeinflussung eines von der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs beispielsweise abhängigen Handmomentenverlaufs ist dadurch nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Rotationspumpe auch gegen einen hohen Leerlauf-druck zu fördern hat, wenn nicht gelenkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem mit einer Konstantstromregelung anzugeben, deren Druck hinsichtlich einer Verbesserung des Energiehaushaltes geregelt ist.
Die Aufgabe wird mit einem Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung wird die verbraucherseitige Druckbeaufschlagung des Regelkolbens durch ein regelbares Druckbegrenzungsventil in dem Regelkolben oder in einem Lenkventil des Hydrauliksystems vorzugsweise in Verstimmung der durch den Regelkolben gebildeten Druckwaage so hinsichtlich des Drucks des Druckmittels geändert, dass sowohl eine Konstantstromregelung, eine Maximaldruckbegrenzung und ein sehr weites Absenken des Druckes bei geringer Leistungsaufnahme des Verbrauchers und/oder der Rotationspumpe ermöglicht ist. Beim Öffnen des Druckbegrenzungsventils in dem Regelkolben des Stromregelventils bewegt sich der Regelkolben in Richtung auf die zweite Ventilkammer oder Niederdruckkammer und bewirkt ein Ableiten von Druckmittel aus der ersten Ventilkammer in einen Druckmittelbehälter und Rücklauf zur Rotationspumpe oder eine Verstellung eines Kurvenrings oder dergleichen, der den Hub der Rotationspumpe bestimmt.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Druckbegrenzungsventil kann als angesteuertes Druckbegrenzungsventil gebildet sein und hydraulisch, mechanisch oder elektrisch bzw. elektronisch angesteuert sein. Es kann Teil einer hydraulischen Servolenkung eines Fahrzeugs sein und einen Druckmittelstrom für ein Lenkventil und einen hydraulischen Aktuator der Servolenkung regeln. Dabei ist es zweckmäßig, das Druckbegrenzungsventil in Abhängigkeit von einem, an einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs eingestellten Lenkwinkel oder Lenkmoment anzusteuern – etwa, wenn der Lenkwinkel um 0°, bevorzugt von 0° bis ±3,5° eingestellt ist, wodurch bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs die Leistungsaufnahme der Rotationspumpe minimiert ist. Zudem besteht die Möglichkeit einer Absenkung des Drucks in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, so, dass z. B. bei geringer Fahrgeschwindigkeit etwa bei einem Parkiervorgang des Fahrzeugs der Druck angehoben ist und bei hoher Fahr-geschwindigkeit des Fahrzeugs der Druck abgesenkt ist.
Das Lenkventil kann eine geschlossene oder eine offene Mitte aufweisen, wobei bei einem Lenkventil mit geschlossener Mitte durch Einbau einer Blende ein gewisser Druckmittel-Ruhestrom durch das Lenkventil geführt sein kann, um das Ansprech-verhalten der Regelvorrichtung bei plötzlichem Ändern des Lenkwinkel-Sollwertes an der Lenkhandhabe zu verbessern. Das Stromregelventil mit Druckbe-grenzungsventil übernimmt eine Doppelfunktion, da das Druckmittel für einen Verbraucher mit dem Druck bereitgestellt wird, mit dem der Verbraucher im Hinblick auf ein bestimmtes Fahrverhalten des Fahrers und Fahrzeugs beaufschlagt werden soll, sodass die Notwendigkeit entfällt, diesbezüglich mit einem verbraucherseitigen, dem Stromregelventil nachgeordneten Druckregelventil zu arbeiten.
Ein fest eingestellter, maximaler Druck an dem Druckbegrenzungsventil begrenzt den Druckmitteldruck in dem Hydrauliksystem.
Ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem lässt sich vorzugsweise für Verbraucher einsetzen, die in Fahrwerken von Fahrzeugen vorgesehen sind, und auf einen niedrigen Energieverbrauch bei hoher Ansprechgeschwindigkeit angewiesen sind. Ein solches Hydrauliksystem lässt sich vorteilhaft in Federungssysteme wie auch in Stabilisierungseinrichtungen – etwa in Querstabilisatoren – für Fahrzeuge einsetzen.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
In der Zeichnung zeigt:
1 ein schematisches Schaltbild eines Hydrauliksystems mit elektrisch betätigtem Druckbegrenzungsventil einer hydraulischen Servolenkung.
2 einen Querschnitt durch eine Rotationspumpe mit Stromregelventil des Hydrauliksystems in 1.
In 1 ist in einem schematischen Schaltbild ein Hydrauliksystem 1 gezeigt, das eine als verstellbare Flügelzellenpumpe 18 ausgebildete Rotationspumpe 2 umfaßt. Das Hydrauliksystem 1 dient zur Druckmittelzufuhr in einer Versorgungsleitung 8 zu einem als Drehschieberventil ausgebildeten Lenkventil 13 und eines als hydraulischer Servomotors 15 ausgebildeten Verbrauchers 3 einer hydraulischen Servolenkung 16.
Wie auch 1 in einem Querschnitt durch die verstellbare Flügelzellenpumpe 8 zeigt, ist in einem Gehäuse 19 der Flügelzellenpumpe 18 ein Stromregelventil 4 angeordnet, das zur Einstellung der Förderrate des Druckmittels auf einen gewünschten Wert dient. Das Stromregelventil 4 ist in den 1 und 2 mit einem als Druckwaage arbeitenden Regelkolben 10 ausgeführt, der eine erste Ventilkammer 5 von einer zweiten Ventilkammer 9 trennt und in einer Bohrung des Stromregelventils 4 verschiebbar angeordnet ist. Die erste Ventilkammer 5 ist über eine erste Steuerleitung 6 stromauf einer ersten Blende 7 in der Versorgungsleitung 8 mit der Versorgungsleitung 8 fluidisch verbunden. Die zweite Ventilkammer 9 ist über eine zweite Steuerleitung 11 stromab der ersten Blende 7 mit der Versorgungsleitung 8 verbunden. Eine zweite Blende 20 ist in der zweiten Steuerleitung 11 angeordnet und erzeugt eine Druckdifferenz zu der zweiten Ventilkammer 9. Eine dritte Blende 33 in der zweiten Steuerleitung 11 sorgt als Konstantblende für den konstanten Druckmittelstrom. Der Regelkolben 10 ist durch eine Feder 21 in der zweiten Ventilkammer 9 in Richtung auf die erste Ventilkammer 5 federbelastet und bewegt sich bei Überschreiten eines Grenzdruckes entgegen der Federbelastung dieser Feder 21. Er beaufschlagt dabei eine Stelleinrichtung 12 für die Fördermengenregelung der Rotationspumpe 2 so, dass die Förderrate reduziert wird und so insgesamt eine konstante Förderrate erzielt wird.
Wie insbesondere 2 zeigt, weist die Flügelzellenpumpe 18 einen variablen Hub auf und eignet sich, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, beispielsweise als Förderaggregat in einer Fremdkraft- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs.
Die Flügelzellenpumpe 18 besteht im Wesentlichen aus dem Gehäuse 19, in dem in eine Ausnehmung, die durch ihre Wände 22 definiert ist, ein Kurvenring 23 verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet ist. Exzentrisch zu dem Kurvenring 23 ist in der Ausnehmung ein Rotor 24, welcher radial verschiebliche Flügel 25 als Verdrängungselemente trägt, angeordnet. Der Rotor 24 ist von einer Antriebswelle 26 angetrieben. Die Flügel 25 gleiten, von einem hydraulischen Druck an die Innenkontur des Kurvenrings 23 angelegt, an dem Kurvenring 23. Zwischen den Flügeln 25 bilden sich Pumpenkammern unterschiedlichen Volumens. Um die Exzentrizität des Rotors 24 zu verändern und damit die Fördermenge der Rotationspumpe 2 zu verändern, ist die druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung 12 vorgesehen, die im Wesentlichen aus einer ersten Druckammer 27, die sich zwischen der Außenseite 28 des Kurvenrings 23 und der Wand 22 der Ausnehmung in dem Gehäuse 19 befindet, und aus einer zweiten Druckammer 29, die sich etwa diametral zu der Antriebswelle 26 gegenüber der ersten Druckkammer 27 zwischen der Außenseite 28 des Kurvenrings 23 und der Wand 22 befindet, gebildet wird.
Zu der Stelleinrichtung 12 ist funktional das Stromregelventil 4 zu rechnen. Der Regelkolben 10 bewegt sich bei Überschreiten eines Grenzdruckes entgegen der Federkraft der Feder 21 und beaufschlagt dabei über die erste und zweite Steuerleitung 6, 11 die erste und zweite Druckkammer 27, 29, so, dass sich der Kurvenring 23 der Rotationspumpe 2 bei einem Druckanstieg in der Druckmittel-Versorgungsleitung 8 allmählich nach rechts im Sinne einer Verringerung der Exzentrizität des Rotors 24 und der Fördermenge der Rotationspumpe 2 bewegt.
Ein in dem Regelkolben 10 eingebautes Druckbegrenzungsventil 34 überbrückt eine Niederdruckammer 30, mit Feder 21, mit einer Hochdruckkammer 31.
In 1 ist ein als elektromechanisch angesteuertes Druckbegrenzungsventil 14 gebildetes Vorsteuerventil der zweiten Venktilkammer 9 oder Niederdruckkammer 30 nachgelagert und ermöglicht so bei einem Öffnen, dass der Regelkolben 10 in Richtung einer Reduktion der Fördermenge und des Drucks des Druckmittels bewegt wird.
In Abhängigkeit von einem Lenkwinkel und/oder Lenkmoment an einer Lenkhandhabe 17 und in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit, die von einer Steuereinheit 32 gemessen und verarbeitet werden, wird der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungs-ventils 14 geregelt und etwa bei einem sehr kleinen Lenkwinkel und/oder Lenkmoment und einer vergleichsweise hohen Fahrgeschwindigkeit herabgesetzt und umgekehrt, wodurch eine Verstimmung der durch das Stromregelventil 4 gebildeten Druckwaage auch beispielsweise durch Kurzschluß von Niederdruck- und Hochdruckkammer und eine Fördermengenreduktion und/oder Druckabsenkung erreicht wird.

1: Hydrauliksystem
2: Rotationspumpe
3: Verbraucher
4: Stromregelventil
5: Ventilkammer, erste
6: Steuerleitung, erste
7: Blende, erste
8: Versorgungsleitung
9: Ventilkammer, zweite
10: Regelkolben
11: Steuerleitung, zweite
12: Stelleinrichtung
13: Lenkventil
14: Druckbegrenzungsventil
15: Servomotor, hydraulisch
16: Servolenkung
17: Lenkhandhabe
18: Flügelzellenpumpe
19: Gehäuse, v. 18
20: Blende, zweite
21: Feder
22: Wand
23: Kurvenring
24: Rotor
25: Flügel
26: Antriebswelle
27: Druckkammer, erste
28: Außenseite
29: Druckkammer, zweite
30: Niederdruckkammer
31: Hochdruckkammer
32: Steuereinheit
31 33: Blende, dritte
34: Druckbegrenzungsventil

Claims

Hydrauliksystem mit hubgegelter Rotationspumpe (2) zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher (3) eines Lenksystems oder aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs, deren Druckmittelstrom zu dem Verbraucher (3) durch einen vorgesteuerten Druckregler so geregelt ist, dass die Strömungsrate des Druckmittels zu dem Verbraucher (3) etwa konstant ist und der Druck variabel ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Druckmittels durch ein regelbares Druckbegrenzungsventil (14) in Anpassung an einen für die Beaufschlagung des Verbrauchers (3) vorgegebenen Druck veränderbar ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, mit einer volumenstromgeregelten Rotationspumpe (2) zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für den Verbraucher (3) des Fahrzeugs, deren Druckmittelstrom zu dem Verbraucher (3) über ein Stromregelventil (4) und eine Blende (33) geregelt ist, wobei eine erste Ventilkammer (5) des Stromregelventils (4) fluidisch über eine erste Steuerleitung (6) stromauf einer ersten Blende (7) in einer Versorgungsleitung (8) für den Verbraucher (3) verbunden ist und von einer zweiten Ventilkammer (9) durch einen in Richtung auf die erste Ventilkammer (5) federbelasteten Regelkolben (10) getrennt ist, wobei die zweite Ventilkammer (9) über eine zweite Steuerleitung (11) auf der stromabwärtigen Seite der ersten Blende (7) mit der Versorgungsleitung (8) verbunden ist und der Regelkolben (10) in Abhängigkeit von dem Druckunterschied an einer zweiten Blende (20) in der Steuerleitung (11) verstellt wird, um einen Teil des Druckmittels von der Versorgungsleitung (8) abzuführen und/oder eine druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung (12) für einen Kurvenring der Rotationspumpe (2) anzusteuern, um die Strömungsrate des Druckmittels zu dem Verbraucher (3) etwa konstant zu halten wobei dem Regelkolben (10) und/oder einem Lenkventil (13) an dem Hydrauliksystem (1) ein Druckbegrenzungsventil (14) zugeordnet ist, um den Druck des Druckmittels in Anpassung an einen für die Beaufschlagung des Verbrauchers (3) vorgegebenen Druck zu verändern.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (14) hydraulisch, mechanisch oder elektromagnetisch, oder elektronisch angesteuert ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Hydrauliksystem (1) ein Druckmittelstrom für ein Lenkventil (13) und einen hydraulischen Servomotor (15) einer Servolenkung (16) geregelt ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (14) in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel und/oder einem Lenkmoment an einer Lenkhandhabe (17) der Servolenkung (16) angesteuert ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Druckbegrenzungsventil (14) der Druck des Druckmittels in einem Lenkwinkelbereich von etwa 0 ±3,5° auf etwa 1 bar abgesenkt ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (14) in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs so angesteuert ist, dass mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit der Druck des Druckmittels abgesenkt ist und umgekehrt.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkventil (13) eine offene oder geschlossene Mitte aufweist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (3) ein Aktuator für ein aktives Fahrwerk eines Fahrzeugs ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationspumpe (2) eine verstellbare Flügelzellenpumpe (18) ist.