DE19503890A1 - Steuervorrichtung für ein hydraulisches Lenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein hydraulisches Lenksystem mit einem Gehäuse, das einen Pumpenanschluß, einen Behälteranschluß und zwei Lenkmotoranschlüsse aufweist, mit einem Drehschieber­ ventil, das bei Betätigung eines Lenkorgans öffnet und in Abhängigkeit von einer Druckflüssigkeits-Meßvorrich­ tung schließt, mit einem bei Betätigung des Lenkorgans ansprechenden Signalgeber zum In-Betrieb-Setzen einer Pumpe für die Druckflüssigkeit und mit einem im Not­ steuerbetrieb öffnenden Rückschlagventil in einer Zu­ laufseite und Ablaufseite verbindenden Leitung.

Eine solche Steuervorrichtung wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung OSPB LS vertrieben und ist in "fluid" 12/1978, Seiten 18 und 19, beschrieben. Dadurch daß die Pumpe nur im Bedarfsfall eingeschaltet wird, läßt sich die erforderliche Leistung ganz erheblich reduzieren. Eine solche Steuervorrichtung eignet sich insbesondere für batteriegetriebene Arbeitsfahrzeuge, wie Elektro-Gabelstapler u. dgl. Im Betrieb hat sich gezeigt, daß gelegentlich Rückschläge (kick-back) am Lenkorgan auftreten, wenn der Lenkvorgang eingeleitet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Rückschläge bei einer Steuervorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu vermeiden, und zwar insbesondere ohne wesentliche Änderungen im konstruktiven Aufbau.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußstück des Rückschlagventils durch eine auch bei Druckgleichheit zu beiden Seiten wirksame Kraft in Schließstellung gehalten wird.

Dieser Vorschlag beruht auf der Erkenntnis, daß das Rückschlagventil zwischen Pumpenanschluß und Behälter­ anschluß, das bei einer Notsteuerung von Hand öffnen muß, damit die dann als Pumpe arbeitende Meßvorrichtung Druckflüssigkeit ansaugen kann, die Ursache für den Rückschlag bildet. Ihr Verschlußstück wandert nämlich in der üblichen Einbaulage aufgrund des Eigengewichts vom Ventilsitz weg an das entgegengesetzte Ende der Verbindungsleitung. Wenn nun der Lenkvorgang beendet und deshalb das Drehschieberventil geschlossen und die Pumpe abgeschaltet ist, verbleibt in dem Leitungssystem zwischen dem Drehschieberventil und dem Lenkmotor unter erhöhtem Druck stehende Flüssigkeit, wobei insbesondere Schlauchleitungen als Druckakkumulator wirken. Dieser Druck baut sich aufgrund der immer vorhandenen Leckagen langsam ab. Wird vor dem vollständigen Abbau ein erneu­ ter Lenkvorgang eingeleitet, wird zwar das Drehschie­ berventil geöffnet, ohne daß der Pumpendruck schon zur Verfügung steht. Daher baut sich der Druck der bisher eingeschlossenen Flüssigkeit rückwärts über die Meßvor­ richtung, das Drehschieberventil und das Rückschlagven­ til zum Behälter hin ab. Der Rückfluß ist beendet, wenn das Verschlußstück des Rückschlagventils wieder seinen Sitz erreicht. Die rückströmende Flüssigkeit treibt die Meßvorrichtung als Motor an und verursacht dabei den Rückschlag am Lenkorgan.

Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß das Rückschlag­ ventil nur im Notsteuerbetrieb öffnet, in allen anderen Betriebs lagen aber das Verschlußstück auf dem Sitz ver­ bleibt. Dies macht eine Rückströmung der eingeschlosse­ nen Druckflüssigkeit zum Behälter unmöglich. Ein kick­ back am Lenkorgan bei Beginn eines neuen Lenkvorganges ist daher vermieden.

Die Kraft, die das Verschlußstück des Rückschlagventils am Sitz hält, kann durch das Eigengewicht des Ver­ schlußstücks, insbesondere einer Kugel, gegeben sein. Dies setzt aber voraus, daß entweder das Gehäuse der Steuervorrichtung so montiert wird oder das Rückschlag­ ventil im Gehäuse so angeordnet wird, daß sich der Ven­ tilsitz unterhalb des Verschlußstücks befindet. Dies ist in vielen Fällen nicht möglich, sei es daß die Lage der Lenksäule vorgegeben ist, sei es daß in der Massen­ fabrikation keine Abweichungen von einem Grundtyp vor­ genommen werden können.

Eine bevorzugte Lösung sieht daher vor, daß das Ver­ schlußstück durch eine Schließfeder belastet ist. Es genügt eine sehr geringe Kraft, die lediglich etwas größer als die wirksame Gewichtskraft des Verschluß­ stücks sein muß, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Lediglich durch den zusätzlichen Einbau der Schließfe­ der wird das eingangs geschilderte Problem gelöst. Eine andere Änderung des konstruktiven Aufbaus ist nicht erforderlich.

Eine derartige Verbesserung eignet sich insbesondere dann, wenn in bekannter Weise das Drehschieberventil eine innere Hülse und eine äußere Hülse aufweist, die in einer Gehäusebohrung drehbar angeordnet sind, wenn an einem Ende der Gehäusebohrung eine Lenksäule und am anderen Ende die Meßvorrichtung angeordnet sind und wenn das Rückschlagventil in einer zur Gehäusebohrung parallelen Leitung vorgesehen ist, die nahe dem genann­ ten einen Ende mit der Ablaufseite des Drehschieberven­ tils und nahe dem genannten anderen Ende mit dessen Zulaufseite in Verbindung steht. Diese Gehäuse können in üblicher Weise so montiert werden, daß die Lenksäule schräg nach oben ragt, die Meßvorrichtung sich am unte­ ren Ende der Steuervorrichtung befindet und demnach das Verschlußstück des Rückschlagventils nach unten wandern würde, wenn es nicht durch die Schließfeder am Sitz gehalten werden würde.

In weiterer Ausgestaltung empfiehlt sich ein Lastdruck­ anschluß, der über ein bei Pumpenbetrieb zu diesem Lastdruckanschluß öffnendes Sperrventil mit der Pumpen­ druckseite verbindbar ist. Das Sperrventil verhindert, daß der Druck der eingeschlossenen Druckflüssigkeits­ menge sich über die Lastdruckleitung abbaut.

Günstig ist auch ein Signaldruckanschluß, der bei Betä­ tigung des Lenkorgans einen Signaldruck führt und mit einem den Pumpenmotor betätigenden Druckschalter ver­ bindbar ist. Hier wird der Lenkvorgang durch einen Druckanstieg am Signaldruckanschluß gemeldet. Das Ge­ häuse besitzt daher sechs hydraulische Anschlußstellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungs­ form und

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein Steu­ ervorrichtungsgehäuse gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Lenksystem weist eine Pumpe 1 auf, die durch einen Elektromotor 2 angetrieben wird. Sie fördert Druckflüssigkeit aus einem Behälter 3 über eine Druckleitung 4 zum Pumpenanschluß P eines zur Steuervorrichtung 5 gehörenden Gehäuses 6. Dieses Ge­ häuse weist ferner einen Behälteranschluß T auf, der über eine Behälterleitung 7 mit dem Behälter 3 verbun­ den ist, und zwei Lenkmotoranschlüsse L und R, die über entsprechende Arbeitsleitungen 9 und 10 mit je einer der Druckkammern 11 und 12 eines Lenkmotors 13 verbun­ den sind.

Im Gehäuse 6 befindet sich ein Drehschieberventil 14, das mit Hilfe eines an einer Lenksäule 15 angreifenden Lenkorgans für eine der beiden Senkrichtungen geöffnet werden kann und in Abhängigkeit von der eine Meßvor­ richtung 17 in der Gestalt eines Meßmotors durchströ­ menden Flüssigkeitsmenge wieder schließt. Das bedeutet, daß der Drehwinkel des Lenkorgans, beispielsweise eines Lenkhandrades genau proportional der Verstellung des Lenkmotors 13 ist.

Die Zulaufseite 18 und die Ablaufseite 19 des Dreh­ schieberventils 14 sind über eine Leitung 20 miteinan­ der verbunden, in der sich ein Rückschlagventil 21 be­ findet, das zur Zulaufseite hin öffnet und ein Ver­ schlußstück 22 aufweist, das durch eine Schließfeder 23 belastet ist. In der zulaufseitigen Zuleitung 24 befin­ det sich ein weiteres federbelastetes Rückschlagventil 25, das zum Drehschieberventil 14 hin öffnet.

Der Lenksäule ist ein Sensor 26 zugeordnet, beispiels­ weise ein Bewegungsmelder, der zu Beginn des Lenkvor­ ganges einen Schalter 27 aktiviert und den Motor 2 in Betrieb setzt, bei Beendigung des Lenkvorganges aber diesen Motor 2 sofort wieder abschaltet. Die Pumpe 1 fördert daher nur während des Lenkvorganges Druckflüs­ sigkeit, deren Druck durch ein Druckbegrenzungsventil 28 vorgegeben ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für gleiche Teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß das Gehäuse 30 der Steuereinheit 31 einen Lastdruckanschluß LS be­ sitzt, der über einen Lastdruckkanal 32 mit einer Last­ druckfühlstelle im Drehschieberventil 14 verbunden ist und über eine Lastdruckleitung 33, die mit ein zum Drehschieberventil 14 öffnendes Sperrventil 34 auf­ weist, mit dem Anschluß LS eines Prioritätsventils 35 verbunden ist. Der Lastdruckleitung 33 sind nicht näher bezeichnete Druckteiler-Drosseln zugeordnet.

Wenn die Pumpe 1 in Betrieb ist, ergibt sich ein dyna­ misches Lastdrucksystem, bei dem ständig ein Druckflüs­ sigkeitsstrom über die Lastdruckleitung 33 zur Last­ druckfühlstelle strömt. Dabei steht am Anschluß CF Druckflüssigkeit mit einem Druck zur Verfügung, der um einen vorbestimmten Betrag über dem Lastdruck liegt, während an einem weiteren Anschluß EF eine Überschuß­ menge zur Betätigung weiterer Verbraucher abgenommen werden kann. Ein Druckbegrenzungsventil 36 sorgt dafür, daß der Lastdruck einen vorbestimmten Wert nicht über­ schreiten kann.

Das Gehäuse 30 weist einen weiteren Anschluß EL auf, an dem ein Druck auftritt, sobald das Lenkorgan 16 betä­ tigt wird. Dieser Druck wirkt auf einen Druckschalter 37, der den Motor 2 einschaltet und, wenn der Druck fortfällt, wieder ausschaltet. Dieser Druck ergibt sich beispielsweise, wenn das Lenkorgan 16 gedreht wird, dabei über übliche Neutralstellungsfedern die Meßvor­ richtung mitnimmt und diese als Pumpe einen Druckan­ stieg bewirkt.

Die konstruktive Ausgestaltung der Steuereinheit 5 (Fig. 1) ist beispielsweise der Fig. 3 zu entnehmen. Im Gehäuse 6 befindet sich eine Gehäusebohrung 38, in der sich eine äußere Hülse 39 und eine innere Hülse 40 be­ finden, die gemeinsam das Drehschieberventil 14 bilden. Die innere Hülse 40 ist an dem einen Ende der Gehäuse­ bohrung 38 mit der Lenksäule 16 und die äußere Hülse 39 über eine Gelenkwelle 41 mit der am anderen Ende der Gehäusebohrung angeordneten Meßvorrichtung 17 drehfest verbunden, die hier als orbitierender Zahnrad-Meßmotor ausgebildet ist. Neutralstellungsfedern 41 erlauben eine begrenzte Relativdrehung zwischen äußerer und in­ nerer Hülse und wirken als Drehmoment-Übertrager, wenn die Meßvorrichtung 17 mittels des Lenkorgans manuell als Pumpe wirken soll. Zulaufseite 18 und Ablaufseite 19 sind durch die gebohrte Leitung 20 miteinander ver­ bunden, in der sich das Rückschlagventil 21 mit dem durch die Schließfeder 23 belasteten Verschlußstück 22 befindet.

Die Schräglage der Steuereinheit 5 in Fig. 3 entspricht der normalen Einbaustellung, gemäß der die Lenksäule schräg nach oben ragt und die Meßvorrichtung 17 sich am unteren Ende befindet.

Im Betrieb ergeben sich die nachstehenden Verhältnisse: Sobald das Lenkorgan 16 betätigt wird, der Sensor 26 anspricht und die Pumpe 1 eingeschaltet wird, ergibt sich der normale Betrieb eines solchen hydraulischen Lenksystems. Der Lenkmotor 13 wird proportional zur Drehung der Lenksäule 15 verstellt.

Wenn die Lenkbewegung beendet ist, wird die Druckflüs­ sigkeitszufuhr zum Lenkmotor 13 aus zwei Gründen unter­ brochen. Erstens wird die Pumpe 1 abgeschaltet. Zwei­ tens geht das Drehschieberventil 14, bezogen auf die Verbindung zwischen den Lenkmotoranschlüssen L, R ei­ nerseits und dem Pumpenanschluß und dem Behälteran­ schluß andererseits in die Sperrstellung. Dies ist un­ abhängig davon, ob es sich um eine open center- oder eine closed center-Steuereinheit handelt. Das bedeutet, daß im Leitungssystem jenseits des Drehschieberventils 14, also beispielsweise in den Leitungen 9 und 10 sowie den Druckräumen 11, 12, Druckflüssigkeit mit einem hö­ heren Druck eingeschlossen ist als er diesseits des Drehschieberventils 14 herrscht. Dieser Druck kann sich zwar über immer vorhandene Leckstellen abbauen. Dies geschieht jedoch nur allmählich.

Wenn die Schließfeder 23 fehlen würde, rollte das Ver­ schlußstück 22 des Rückschlagventils 21 aufgrund seines Eigengewichts nach unten zur Zulaufseite 18 hin. Wird nun vor Abbau des genannten Drucks erneut ein Lenkvor­ gang eingeleitet, wird zunächst das Drehschieberventil geöffnet. Die eingeschlossene Druckflüssigkeit ent­ weicht über diese Öffnung zur Zulaufseite 18 hin, wobei diese rückströmende Menge die Meßvorrichtung 17 als Motor antreibt und dieser, weil er über die Neutral­ stellungsfedern 41 mit der Lenksäule 15 verbunden ist, einen Rückschlag auf das Lenkorgan ausübt. Die Größe des Rückschlages hängt von der Menge der rückwärtsströ­ menden Druckflüssigkeit ab, die über das Rückschlagven­ til 21 zum Behälteranschluß T gelangen kann. Das Rück­ schlagventil 25 bleibt ja geschlossen.

Bisher war die Rückströmmenge durch dasjenige Volumen begrenzt, das notwendig war, um das Verschlußstück 22 des Rückschlagventils 21 zurück zu seinem Sitz zu be­ fördern. Da erfindungsgemäß das Verschlußstück dauernd - ausgenommen den Notsteuerbetrieb - auf seinem Sitz gehalten wird, ist die Rückstrommenge gleich oder nahe­ zu gleich Null. Es tritt daher kein Rückschlag oder kick-back auf.

Der gleiche Effekt läßt sich auch ohne Schließfeder erreichen, wenn dafür gesorgt wird, daß das Verschluß­ stück infolge einer anderen Anordnung im Gehäuse 6 oder infolge einer anderen Einbaulage der Steuereinheit 5 allein durch das Eigengewicht des Verschlußstücks 22 am Sitz gehalten wird.

Claims (5)

1. Steuervorrichtung für ein hydraulisches Lenksystem mit einem Gehäuse, das einen Pumpenanschluß, einen Behälteranschluß und zwei Lenkmotoranschlüsse auf­ weist, mit einem Drehschieberventil, das bei Betä­ tigung eines Lenkorgans öffnet und in Abhängigkeit von einer Druckflüssigkeits-Meßvorrichtung schließt, mit einem bei Betätigung des Lenkorgans ansprechenden Signalgeber zum In-Betrieb-Setzen einer Pumpe für die Druckflüssigkeit und mit einem im Notsteuerbetrieb öffnenden Rückschlagventil in einer Zulaufseite und Ablaufseite verbindenden Lei­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß­ stück (22) des Rückschlagventils (21) durch eine auch bei Druckgleichheit zu beiden Seiten wirksame Kraft in Schließstellung gehalten wird.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußstück (22) durch eine Schließfeder (23) belastet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Drehschieberventil (14) eine in­ nere Hülse (40) und eine äußere Hülse (39) auf­ weist, die in einer Gehäusebohrung (38) drehbar angeordnet sind, daß an einem Ende der Gehäuseboh­ rung (38) eine Lenksäule (16) und am anderen Ende die Meßvorrichtung (17) angeordnet sind und daß das Rückschlagventil (21) in einer zur Gehäusebohrung (38) parallelen Leitung (20) vorgesehen ist, die nahe dem genannten einen Ende mit der Ablaufseite (19) des Drehschieberventils (14) und nahe dem ge­ nannten anderen Ende mit dessen Zulaufseite (18) in Verbindung steht.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Lastdruckanschluß (LS), der über ein bei Pumpenbetrieb öffnendes Sperrven­ til (34) mit der Pumpendruckseite verbindbar ist.

5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Signaldruckanschluß (EL), der bei Betätigung des Lenkorgans (16) einen Signaldruck führt und mit einem den Pumpenmotor (2) betätigenden Druckschalter (37) verbindbar ist.