DE102018124912B4

DE102018124912B4 - Hydraulische Lenkeinrichtung mit Übersetzungsänderung

Info

Publication number: DE102018124912B4
Application number: DE102018124912.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pippes; Erhard Bergmann; Hartmut Vossberg
Original assignee: White Drive Motors and Steering GmbH
Current assignee: White Drive Motors and Steering GmbH
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: US11485410B2; CN111017014A; CN111017014B; DE102018124912A1; US20200108862A1

Abstract

Hydraulische Lenkeinrichtung (1) umfassend- ein drehbar gelagertes Steuerventil (6) mit einem inneren, von einem Lenkrad (11) ansteuerbaren Steuerkolben (12) und mit einer äußeren Steuerhülse (13), wobei der Steuerkolben (12) und die Steuerhülse (13) im begrenzten Umfang und gegen die Kraft einer Feder relativ verdrehbar ausgeführt sind;- ein Verdrängersystem mit mehr als einer Dosierpumpe (7, 7'), wobei jede Dosierpumpe (7, 7') einen Außenring (8) mit inneren Zähnen und ein Läuferzahnrad (9) mit äußeren Zähnen aufweist, die zwischen sich volumenveränderliche Kammern ausbilden, wobei- das Steuerventil (6) über die Steuerhülse (13) mechanisch mit dem Läuferzahnrad der ersten Dosierpumpe (7) und über Kommutatorbohrungen (15) hydraulisch mit den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) verbunden ist,- die Läuferzahnräder (9) der benachbarten Dosierpumpe (7, 7') über jeweils eine Zahnwelle (29) mechanisch verbunden sind und- die Kammern der ersten Dosierpumpe (7) mit den Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') hydraulisch parallelgeschaltet sind und die Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') von den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) über Schaltventile (19) trennbar und zu einer Rücklaufleitung (18) verbindbar ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass- eine Seite der Schaltventile (19) über eine Druckleitung (46) mit dem Steuerventil (6) verbunden ist und diese Druckleitung (46) bei einer Lenkbewegung mit dem Druck im jeweiligen Zylinderanschluss (4, 5) belastet wird, und die andere Seite der Schaltventile (19) mit einem Zulaufanschluss (2) der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) verbunden ist.

Description

Die Patentanmeldung betrifft eine hydraulische Lenkeinrichtung mit Übersetzungsänderung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5 genannten Merkmalen.
Eine hydraulische Lenkeinrichtungen der gattungsgemäßen Art ist aus US 2014 / 0 345 266 A1 bekannt.
EP 1 212 231 B1 offenbart eine hydraulische Lenkeinrichtung mit zwei oder mehr Dosierpumpen (Orbitverdränger), die hydraulisch parallel zueinander geschaltet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Orbitverdrängern ist eine Schalteinheit vorgesehen, mittels der zwischen einem Servobetrieb, bei dem sich die Fördervolumen der Orbitverdränger addieren, und einem Notlenkbetrieb mit dem Fördervolumen nur durch den ersten Orbitverdränger, umgeschaltet wird.
Für den Servobetrieb muss eine Druckdifferenz zwischen einem Pumpen- und einem Ablaufanschluss des Schaltventils größer sein als ein Schaltdruck einer Druckfeder des federbelasteten Schaltventils. Dies ist unabhängig vom Druck in mit einem Lenkzylinder verbundenen Zylinderanschlüssen der hydraulischen Lenkeinrichtung.
Bei dem Notlenkbetrieb muss die Druckdifferenz zwischen dem Pumpenanschluss und dem Ablaufanschluss kleiner sein als der Schaltdruck der Druckfeder.
Für den Fall, dass bei einem Teilausfall einer Ölversorgung der hydraulischen Lenkeinrichtung die Druckdifferenz zwischen dem Pumpenanschluss und dem Ablaufanschluss größer ist als der Schaltdruck der Druckfeder, erfolgt kein Umschalten auf das kleinere Fördervolumen. Da beide Orbitverdränger fördern, ist ein höheres Drehmoment erforderlich. Dies ist dann der Fall, wenn die Versorgungspumpe z. B. wegen eines Defektes einen zu geringen Ölstrom bereitstellt oder zu wenig Druck aufbauen kann.
Der Nachteil der bekannten Lösung bei hydraulischen Lenkeinrichtungen mit zwei oder mehr Orbitverdrängern besteht also darin, dass bei einem Teilausfall der Ölstromversorgung der an der Lenkeinrichtung anliegende Eingangsdruck die Rückstellkraft der Druckfeder des Schaltventils übersteigen kann und somit ein Umschalten auf das kleinere Fördervolumen (Notbetrieb) des ersten Orbitverdrängers verhindert wird. Dies kann beispielsweise zu stark erhöhten Betätigungskräften bei einem Notlenkbetrieb führen. US 2014 / 0 345 266 A1 offenbart eine hydraulische Lenkeinrichtung mit einem Verdrängersystem, das mehr als eine Dosierpumpe umfasst. Über ein Steuerventil ist das Verdrängersystem mit Zylinderanschlüssen einer Lenkmechanik verbunden. Kammern der beiden Dosierpumpen sind über Schaltventile trennbar. Eine Seite dieser Schaltventile ist ständig mit einem Ablaufanschluss gegen die Kraft einer Schaltfeder verbunden.
Aus der Druckschrift DE 100 65 554 A1 ist zudem ein Lenksystem für ein Fahrzeug als bekannt zu entnehmen. Insbesondere wird ein Lenksystem für ein Fahrzeug angegeben mit einer Druckquelle und einer damit verbundenen Lenkeinheit, die über ein Auswahlventil mit einer ersten Lenkmotoranordnung oder mit einer zweiten Lenkmotoranordnung verbindbar ist. Hierbei möchte man unerwünschte Ansteuerungen der gerade nicht mit der Lenkeinheit verbundenen Lenkmotoranordnung verhindern. Die nicht mit der Lenkeinheit verbundene Lenkmotoranordnung ist mit einem vorbestimmten Druck verbunden, der niedriger als der Druck der Druckquelle ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hydraulische Lenkeinrichtungen der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei denen diese Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine hydraulische Lenkeinrichtung mit den in Anspruch 1 und den in Anspruch 5 genannten Merkmalen gelöst.
Dadurch, dass eine Seite der Schaltventile über eine Druckleitung mit dem Steuerventil verbunden ist, diese Druckleitung bei einer Lenkbewegung mit dem Druck im jeweiligen Zylinderanschluss belastet und bei Stopp der Lenkbewegung zu einem Ablaufanschluss hin entlastet wird, ist es vorteilhaft möglich, den Druck im Zulaufanschluss der hydraulischen Lenkeinrichtung und den Druck in den Zylinderanschlüssen miteinander zu vergleichen und die Kammern der Dosierpumpe miteinander zu verbinden oder zu trennen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist ein zusätzliches Schaltventil, das als Zweistellungs-Ventil ausgebildet ist, vorgesehen. Ein Steueranschluss des Schaltventils ist mit einem Zulaufanschluss der hydraulischen Lenkeinrichtung verbunden. Ein erster Druckraum auf einer Seite des Schaltventils ist über eine Druckleitung mit dem Steuerventil verbunden. Ein zweiter Druckraum auf der anderen Seite des Schaltventils ist über eine Druckleitung mit einem Steueranschluss des Schaltventils zwischen den Dosierpumpen verbunden. Der zweite Druckraum des Schaltventils ist über eine Ablaufleitung mit einem Ablaufanschluss der hydraulischen Lenkeinrichtung verbunden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die Umschaltung der hydraulischen Lenkeinrichtung zwischen Servobetrieb und Notlenkbetrieb nicht mehr abhängig ist von der Druckdifferenz zwischen dem Zulaufanschluss und dem Ablaufanschluss der hydraulischen Lenkeinrichtung. Die Umschaltung ist nunmehr abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Zulaufanschluss und dem jeweiligen Zylinderanschluss.
Hiermit wird sichergestellt, dass bei hydraulischen Lenkeinrichtungen mit zwei oder mehr Orbitverdrängern nicht nur bei einem Totalausfall sondern auch bei einem Teilausfall der Ölstromversorgung unabhängig vom Druck am Zulaufanschluss der hydraulischen Lenkeinrichtung bei Bedarf auf den ersten Orbitverdränger umgeschaltet werden kann. Somit ist ein Lenken mit niedrigen Betätigungskräften möglich.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkeinrichtung;
2 eine Schnittdarstellung durch eine hydraulische Lenkeinrichtung
3 eine schematische Ansicht von Teilen der erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkeinrichtung
4 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels und
5 eine schematische Ansicht von Teilen des Weiteren Ausführungsbeispiels

Zunächst wird Bezug genommen auf die 1 bis 3.
Der hydraulische Lenkkreislauf besteht im Wesentlichen aus einer nicht dargestellten Versorgungspumpe, einer hydraulischen Lenkeinrichtung 1, einem auf die Fahrzeugräder wirkenden Stellzylinder sowie einem Tank, die ebenfalls nicht dargestellt sind.
Die hydraulische Lenkeinrichtung 1 besitzt einen Zulaufanschluss 2, der mit der Versorgungspumpe in Verbindung steht, einen mit dem Tank verbundenen Ablaufanschluss 3 und zwei Zylinderanschlüssen 4 und 5, die mit dem Stellzylinder und somit mit den zu lenkenden Rädern in Wirkverbindung stehen.
Hauptelemente der hydraulischen Lenkeinrichtung 1 sind ein Steuerventil 6 und ein oder mehrere nach dem Orbitprinzip arbeitende Dosierpumpen 7, 7' mit je einem Außenring 8 mit beispielsweise sieben und einem Läuferzahnrad 9 mit dann sechs Zähnen.
Das Steuerventil 6 ist in einem Gehäuse 10 eingepasst und besitzt einen inneren, von einem Lenkrad 11 ansteuerbaren Steuerkolben 12 und eine äußere, mit dem Rotor der Dosierpumpe 7, 7' mechanisch verbundene Steuerhülse 13. Der Steuerkolben 12 und Steuerhülse 13 sind konzentrisch zueinander angeordnet und in einem begrenzten Umfang und gegen die Kraft einer Feder drehbar.
Das Steuerventil 6 besitzt sechs gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete, parallel wirkende Zulaufleitungen 14, die einerseits zum Zulaufanschluss 2 und andererseits über sieben Kommutatorbohrungen 15 zur Eingangsseite der ersten Dosierpumpe 7 Verbindung haben. Diese Kommutatorbohrungen 15 verbinden gleichzeitig die erste Dosierpumpe 7 über die Zulaufleitung 14', das Steuerventil 6 mit einem der Zylinderanschlüsse 4 oder 5 mit dem Lenkzylinder für die Räder.
Die erste Dosierpumpe 7 ist über sieben Kammerleitungen 16, 16' und unter Zwischenschaltung einer Schalteinheit 17 mit einer nächstliegenden nächsten Dosierpumpe 7' parallelgeschaltet.
Der jeweils andere Zylinderanschluss 5 oder 4 ist dabei gleichzeitig über das Steuerventil 6 und eine Ablaufleitung 18 mit dem Ablaufanschluss 3 und somit mit dem Tank verbunden.
Die Schalteinheit 17 umfasst insgesamt sieben Schaltventile 19, die jeweils in einer der sieben Kammerleitungen 16, 16' angeordnet sind.
Jedes Schaltventil 19 ist als Zweistellungs-Ventil ausgebildet und besitzt einen Zulaufanschluss für eine, von einer vorangegangenen Dosierpumpe 7 kommenden Kammerleitung 16, und einen Ablaufanschluss für eine, zu einer benachbarten Dosierpumpe 7' führenden Kammerleitung 16'. Über eine Rücklaufleitung 18 besteht Verbindung zum Rücklaufanschluss 3 der hydraulischen Lenkeinrichtung 1 und somit zum Tank.
Wie 3 näher zeigt, ist der Ventilschieber 32 auf der einen Seite über eine zweite Druckleitung 23 mit dem Zulaufanschluss 2 der hydraulischen Lenkeinrichtung 1 verbunden und wird auf der anderen Seite bei einer Lenkbewegung über eine Druckleitung 46 vom Druck am jeweiligen Zylinderanschluss 4, 5 belastet. Im Servobetrieb nimmt das Schaltventil 19 die Endstellung C ein. Wenn der Druck im Zylinderanschluss 4, 5 den Eingangsdruck übersteigt, schaltet das Ventil von der Endstellung C in die Endstellung D (in 3 dargestellt). Dadurch wird die Verbindung von der ersten Dosierpumpe 7 zur nächsten Dosierpumpe 7' gesperrt und die Verbindung der nächsten Dosierpumpe 7' zum Ablaufanschluss 3 geöffnet. So fördert nur die erste Dosierpumpe 7 zum Zylinderanschluss 4, 5.
Optional kann vorgesehen sein, dass dem Ventilschieber 32 eine Druckfeder 33 zugeordnet ist, die zusätzlich zu dem Schaltdruck der jeweiligen Zylinderanschlüsse 4, 5 auf den Ventilschieber 32 wirken kann.
Als weitere Ausführungsvariante (4 und 5) ist ein zusätzliches Schaltventil 43 vorgesehen, das als Zweistellungs-Ventil ausgebildet ist. Dieses wird auf der einen Seite über eine Druckleitung 48 vom Druck im jeweiligen Zylinderanschluss 4, 5 belastet und verbindet in einer Endstellung A auf der anderen Seite über eine zweite Druckleitung 23 und eine weitere Druckleitung 45 den Zulaufanschluss 2 der hydraulischen Lenkeinrichtung 1 mit der federabgewandten Seite des Ventilschiebers 32 des Schaltventils 19. In der anderen Endstellung B (in 5 gezeigt) wird die Verbindung vom Eingangsdruck der hydraulischen Lenkeinrichtung 1 zur federabgewandten Seite des Ventilschiebers 32 des Schaltventils 19 gesperrt und eine Verbindung von dort über die Rücklaufleitung 18 zum Ablaufanschluss 3 geöffnet.
Im Servobetrieb wird der Eingangsdruck über die zweite Druckleitung 23 auf eine Seite des zusätzlichen Schaltventils 43 übertragen, wodurch der Ventilschieber 44 die Endstellung A einnimmt und so über die weitere Druckleitung 45 den Eingangsdruck auf die federabgewandte Seite des Ventilschiebers 32 des Schaltventils 19 überträgt. Dieser schaltet daraufhin von Endstellung D in die Endstellung C, so dass alle Dosierpumpen 7, 7' miteinander verbunden sind.
Übersteigt der Druck am Zylinderanschluss 4, 5 den Eingangsdruck am zusätzlichen Schaltventil 43, geht das zusätzliche Schaltventil 43 in die Endstellung B. Hierdurch wird die Verbindung zwischen der zweiten Druckleitung 23 und der weiteren Druckleitung 45 auf die federabgewandte Seite des Ventilschiebers 32 des Steuerventils 19 unterbrochen und eine Verbindung von dort zum Ablaufanschluss 3 geöffnet. Durch die Verbindung der federbelasteten Seite des Ventilschiebers 32 zum Ablaufanschluss 3 wird der Ventilschieber 32 hierdurch druckausgeglichen und durch die Druckfeder 33 in die Endstellung für den Notlenkbetrieb gedrückt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Umschaltung zwischen Servobetrieb und Notlenkbetrieb abhängig ist von der Druckdifferenz zwischen dem Zulaufanschluss 2 und dem jeweiligen Zylinderanschluss 4, 5.
Optional kann vorgesehen sein, dass dem Ventilschieber 44 eine Druckfeder zugeordnet ist, die zusätzlich zu dem Schaltdruck der jeweiligen Zylinderanschlüsse 4, 5 auf den Ventilschieber 44 wirken kann.
Die Schaltventile 19 der Schalteinheit 17 zwischen den beiden Verdrängeranschlüssen und dem Ablaufanschluss 3 können eine negative Überdeckung aufweisen. Hierdurch wird eine mechanische Belastung der Zahnwelle 29 verhindert.
Um durch den dabei vorhandenen Kurzschluss den kurzzeitigen Ausfall des Fördervolumens zu verhindern, können für die Ventilschieber 32 der Schaltventile 19 Druckfedern 33 mit unterschiedlichen Federkräften verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: hydraulische Lenkeinrichtung
2: Zulaufanschluss
3: Rück- bzw. Ablaufanschluss
4: Zylinderanschluss
5: Zylinderanschluss
6: Steuerventil
7, 7': Dosierpumpe
8: Außenring
9: Läuferzahnrad
10: Gehäuse
11: Lenkrad
12: Steuerkolben
13: Steuerhülse
14, 14': Zulaufleitung
15: Kommutatorbohrung
16, 16': Kammerleitung
17: Schalteinheit
18: Rück- bzw. Ablaufleitung
19: Schaltventil
23: zweite Druckleitung
29: Zahnwelle
32: Ventilschieber
33: Druckfeder
43: zusätzliches Schaltventil
44: Ventilschieber
45: weitere Druckleitung
46: Druckleitung
48: Druckleitung
A: Endstellung
B: Endstellung
C: Endstellung
D: Endstellung

Claims

Hydraulische Lenkeinrichtung (1) umfassend - ein drehbar gelagertes Steuerventil (6) mit einem inneren, von einem Lenkrad (11) ansteuerbaren Steuerkolben (12) und mit einer äußeren Steuerhülse (13), wobei der Steuerkolben (12) und die Steuerhülse (13) im begrenzten Umfang und gegen die Kraft einer Feder relativ verdrehbar ausgeführt sind; - ein Verdrängersystem mit mehr als einer Dosierpumpe (7, 7'), wobei jede Dosierpumpe (7, 7') einen Außenring (8) mit inneren Zähnen und ein Läuferzahnrad (9) mit äußeren Zähnen aufweist, die zwischen sich volumenveränderliche Kammern ausbilden, wobei - das Steuerventil (6) über die Steuerhülse (13) mechanisch mit dem Läuferzahnrad der ersten Dosierpumpe (7) und über Kommutatorbohrungen (15) hydraulisch mit den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) verbunden ist, - die Läuferzahnräder (9) der benachbarten Dosierpumpe (7, 7') über jeweils eine Zahnwelle (29) mechanisch verbunden sind und - die Kammern der ersten Dosierpumpe (7) mit den Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') hydraulisch parallelgeschaltet sind und die Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') von den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) über Schaltventile (19) trennbar und zu einer Rücklaufleitung (18) verbindbar ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Seite der Schaltventile (19) über eine Druckleitung (46) mit dem Steuerventil (6) verbunden ist und diese Druckleitung (46) bei einer Lenkbewegung mit dem Druck im jeweiligen Zylinderanschluss (4, 5) belastet wird, und die andere Seite der Schaltventile (19) mit einem Zulaufanschluss (2) der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) verbunden ist.
Hydraulische Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass - die Druckleitung (46) bei Stopp der Lenkbewegung zu einem Ablaufanschluss (3) hin entlastet wird.
Hydraulische Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Schaltventile (19) einer Schalteinheit (17) zwischen Verdrängeranschlüssen und dem Ablaufanschluss (3) eine negative Überdeckung aufweisen.
Hydraulische Lenkeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - Druckfedern (33) der Schaltventile (19) einer Schalteinheit (17) unterschiedliche Federkräfte aufweisen.
Hydraulische Lenkeinrichtung (1) umfassend - ein drehbar gelagertes Steuerventil (6) mit einem inneren, von einem Lenkrad (11) ansteuerbaren Steuerkolben (12) und mit einer äußeren Steuerhülse (13), wobei der Steuerkolben (12) und die Steuerhülse (13) im begrenzten Umfang und gegen die Kraft einer Feder relativ verdrehbar ausgeführt sind; - ein Verdrängersystem mit mehr als einer Dosierpumpe (7, 7'), wobei jede Dosierpumpe (7, 7') einen Außenring (8) mit inneren Zähnen und ein Läuferzahnrad (9) mit äußeren Zähnen aufweist, die zwischen sich volumenveränderliche Kammern ausbilden, wobei - das Steuerventil (6) über die Steuerhülse (13) mechanisch mit dem Läuferzahnrad der ersten Dosierpumpe (7) und über Kommutatorbohrungen (15) hydraulisch mit den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) verbunden ist, - die Läuferzahnräder (9) der benachbarten Dosierpumpe (7, 7') über jeweils eine Zahnwelle (29) mechanisch verbunden sind und - die Kammern der ersten Dosierpumpe (7) mit den Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') hydraulisch parallelgeschaltet sind und die Kammern der nächsten Dosierpumpe (7') von den Kammern der ersten Dosierpumpe (7) über ein oder mehrere Schaltventile (19) trennbar und zu einer Rücklaufleitung (18) verbindbar ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass - ein zusätzliches Schaltventil (43) mit zwei Druckräumen, das als Zweistellungs-Ventil ausgebildet ist, vorgesehen ist, - ein Steueranschluss des zusätzlichen Schaltventils (43) über eine zweite Druckleitung (23) mit einem dem Zulaufanschluss (2) der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) verbunden ist, - ein erster Druckraum auf der einen Seite des zusätzlichen Schaltventils (43) über eine Druckleitung (48) mit dem Steuerventil (6) verbunden ist, - ein zweiter Druckraum auf der anderen Seite des zusätzlichen Schaltventils (43) über eine weitere Druckleitung (45) mit einem Steueranschluss der Schaltventile (19) zwischen den Dosierpumpen (7, 7') verbindbar ist, - der zweite Druckraum des zusätzlichen Schaltventils (43) über eine Ablaufleitung (18) mit einem Ablaufanschluss (3) der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) verbunden ist, wobei das zusätzliche Schaltventil (43) auf der einen Seite über die Druckleitung (48) vom Druck im jeweiligen Zylinderanschluss (4, 5) belastbar ist und in einer Endstellung A auf der anderen Seite über die zweite Druckleitung (23) und die weitere Druckleitung (45) den Zulaufanschluss (2) der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) mit der federabgewandten Seite eines Ventilschiebers (32) der Schaltventile (19) verbindbar ist, wobei in einer anderen Endstellung B die Verbindung vom Eingangsdruck der hydraulischen Lenkeinrichtung (1) zur federabgewandten Seite des Ventilschiebers (32) der Schaltventile (19) sperrbar ist und eine Verbindung von dort über die Rücklaufleitung (18) zum Ablaufanschluss (3) in einen geöffneten Zustand bringbar ist.
Hydraulische Lenkeinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - Druckfedern (33) der Schaltventile (19) einer Schalteinheit (17) unterschiedliche Federkräfte aufweisen.