DE19945122A1 - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine hydraulische Steuereinrichtung angegeben mit einem Richtungsventil (2) und einer Dosierpumpeneinheit (4), die zwei hydraulisch parallel geschaltete und mechanisch parallel betreibbare Dosierpumpen (5, 6) aufweist, die jeweils einen Zahnkranz (5A, 6A) mit Innenverzahnung und ein darin rotierend und orbitierend bewegbares Zahnrad (5B, 6B) mit Außenverzahnung aufweisen. DOLLAR A Hierbei möchte man die Lebensdauer der Dosierpumpen (5, 6) verlängern können. DOLLAR A Hierzu ist ein durchgehendes Antriebsteil (26) für beide Zahnräder (5A, 6A) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrich­ tung mit einem Richtungsventil und einer Dosierpum­ peneinheit, die zwei hydraulisch parallel geschaltete und mechanisch parallel betreibbare Dosierpumpen auf­ weist, die jeweils einen Zahnkranz mit Innenverzahnung und ein darin rotierend und orbitierend bewegbares Zahnrad mit Außenverzahnung aufweisen.

Eine derartige hydraulische Steuereinrichtung ist bei­ spielsweise aus DE 195 11 501 A1 oder aus DE 196 07 064 A1 bekannt.

Derartige Steuereinrichtung werden insbesondere bei der Lenkung von Fahrzeugen verwendet. Die Dosierpumpenein­ heit ist hierbei über ein Richtungsventil mit einem Lenkmotor verbunden. Das Richtungsventil ist mit einem Lenkhandrad oder einer vergleichbaren Einrichtung ver­ bunden. Wenn das Lenkhandrad gedreht wird, wird das Richtungsventil in die gewünschte Richtung verschoben. Die Dosierpumpeneinheit fördert die Hydraulikflüssig­ keit so lange nach, bis der Lenkmotor die gewünschte Position erreicht hat. In diesem Zustand wird dann das Richtungsventil wieder so verstellt, daß keine weitere Förderung von Hydraulikflüssigkeit erfolgt.

Im normalen, d. h. ungestörten Betrieb sind beide Do­ sierpumpen aktiv. Sie können dementsprechend ein rela­ tiv großes Volumen von Hydraulikflüssigkeit fördern, was eine schnelle Reaktion des Lenkmotors auf Bewegun­ gen des Lenkhandrads ermöglicht.

Wenn der Druck am Pumpenanschluß, der normalerweise die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stellt, aus irgendwelchen Gründen absinkt oder zusam­ menbricht, beispielsweise weil die zuständige Versor­ gungspumpe defekt ist oder deren Antrieb ausgefallen ist, dann können die Dosierpumpen in einem sogenannten "Notbetrieb" auch als Hilfspumpen verwendet werden. In diesem Fall werden die Dosierpumpen dann zur Drucker­ zeugung der Hydraulikflüssigkeit verwendet. Die notwen­ dige Energie muß hierzu über das Lenkhandrad einge­ bracht werden, d. h. in der Regel mit menschlicher Mus­ kelkraft.

Um den Bediener hierbei die Arbeit zu erleichtern, ist es aus den obengenannten Druckschriften bekannt, nur eine der beiden Dosierpumpen zur Flüssigkeitsförderung zu verwenden und die andere Pumpe abzuschalten oder kurzzuschließen. Der Bediener muß dann nur noch eine Dosierpumpe betätigen. Für die gleiche Auslenkung des Lenkmotors muß er zwar das Lenkhandrad weiter drehen. Der notwendig Kraftaufwand ist jedoch geringer.

Im bekannten Fall wird eine der beiden Dosierpumpen über eine Kardanwelle angetrieben, die über eine Viel­ keilverbindung mit dem Zahnrad in Drehverbindung steht. Diese Kardanwelle ist normalerweise notwendig, weil die Dosierpumpe exzentrisch zu anderen Teilen der Steuer­ einrichtung angeordnet ist, die sich ebenfalls drehen können. Die Keilstruktur oder Innenverzahnung des Zahn­ rads dient auch zur Aufnahme einer weiteren Welle, mit deren Hilfe ein Drehmoment von dem Zahnrad der ersten Dosierpumpe zum Zahnrad der zweiten Dosierpumpe über­ tragen wird. Auch dieses zweite Zahnrad hat eine ent­ sprechende Keilstruktur in seiner Innenseite.

Man hat nun beobachtet, daß die Lebensdauer derartiger Dosierpumpen nicht immer den gewünschten Erwartungen entspricht.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, die Lebensdauer der Dosierpumpen zu verlängern.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinrichtung der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein durchgehen­ des Antriebsteil für beide Zahnräder vorgesehen ist.

Dementsprechend werden die Zahnräder beider Dosierpum­ pen immer vom gleichen Antriebsteil angetrieben. Ihre Bewegungen werden daher in einem hohen Maße synchroni­ siert. Dies ist eine deutliche Verbesserung gegenüber den bekannten Fällen. Dort war aufgrund eines minde­ stens zweifachen Keileingriff zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad eine kleine Toleranz unvermeidbar. Diese Toleranz konnte in ungünstigen Fällen dazu füh­ ren, daß Kommutierungsverschiebungen entstehen, die wiederum zu Druckspitzen führen. Die Druckspitzen wie­ derum bergen ein Risiko für die Zahnsätze und zwar hauptsächlich für den Zahnsatz, der von der zweiten Welle, die normalerweise auch als Kardanwelle ausgebil­ det ist, angetrieben wird. Verwendet man hingegen nur ein einzelnes, für beide Zahnräder gemeinsames An­ triebsteil, dann entstehen diese Probleme nicht. Die Kommutierung kann wesentlich besser in Übereinstimmung gehalten werden, so daß Druckspitzen vermieden oder zu­ mindest erheblich verringert werden können.

Vorzugsweise ist ein Eingriffsverhältnis zwischen An­ triebsteil und dem jeweiligen Zahnrad in beiden Dosier­ pumpen gleich. In einer relativ einfachen Ausgestaltung läßt sich dies dadurch realisieren, daß die Eingriffs­ geometrie in beiden Zahnrädern gleich gehalten wird. Das Antriebsteil ist also über seine gesamte axiale Länge mit einer gleichbleibenden Eingriffsgeometrie versehen. Auch die beiden Zahnräder haben eine identi­ sche Eingriffsgeometrie. Damit wird zusätzlich zu der Verwendung eines gemeinsamen Antriebsteils auch durch die gleiche Eingriffsgeometrie bzw. das gleiche Ein­ griffsverhalten Sorge dafür getragen, daß beide Zahnrä­ der auf praktisch identische Weise angetrieben werden.

Vorzugsweise ist das Antriebsteil durch einen Teil des Richtungsventils gebildet. In diesem Fall entsteht auch keine Toleranz an einer möglichen Verbindung zwischen dem Antriebsteil und dem entsprechenden Teil des Rich­ tungsventils. Das Richtungsventil setzt sich vielmehr mit dem Antriebsteil in die Dosierpumpen fort.

Vorzugsweise weist das Richtungsventil hierbei einen inneren Drehschieber und einen äußeren Drehschieber auf, die relativ zueinander verdrehbar sind, wobei sich der äußere Drehschieber exzentrisch durch die Zahnräder der Dosierpumpen erstreckt und die Zahnräder in drehmo­ mentübertragender Verbindung mit dem äußeren Drehschie­ ber stehen. Die Zahnräder rotieren und orbitieren gleichzeitig in den entsprechenden Zahnringen. Sie be­ schreiben also mit ihrem Mittelpunkt einen Umlauf um eine Drehachse der Drehschieber. Man kann nun dafür Sorge tragen, daß zwischen dem äußeren Drehschieber und den Zahnrädern eine Verbindung besteht, die ausschließ­ lich das Drehmoment, nicht jedoch die orbitierende Be­ wegung auf den Drehschieber überträgt. In diesem Fall kann man den Drehschieber konzentrisch zum Zahnring der Dosierpumpe ausrichten.

Vorzugsweise weisen die Zahnräder jeweils eine Innen­ verzahnung auf, die mit einer Außenverzahnung des äuße­ ren Drehschieber in Eingriff steht, wobei sich der Ein­ griff auf einen Umfangsbereich beschränkt, der bei Or­ bitieren der Zahnräder in Umfangsrichtung wandert. Mit dieser relativ einfachen Ausgestaltung läßt sich die Bewegungsübertragung vom Zahnrad auf den Drehschieber auf die reine Drehbewegung beschränken. Die Drehbewe­ gung wird durch den Eingriff zwischen der Innenverzah­ nung und der Außenverzahnung übertragen. Die orbitie­ rende Bewegung des Zahnrades wird zugelassen, weil der Drehschieber mit dem Zahnrad immer nur über einen Teil seines Umfangs in Eingriff steht. Der verbleibende Teil ist frei und kann somit zur orbitierenden Bewegung ver­ wendet werden.

Bevorzugterweise weist der äußere Drehschieber an dem Abschnitt, der nahe der Zahnräder angeordnet ist, einen verminderten Durchmesser auf. Damit lassen sich die Au­ ßenabmessungen der Steuereinrichtung genau so klein halten, wie in den eingangs erwähnten bekannten Fällen. Man kann im Grunde auch das gleiche Gehäuse verwenden. Lediglich der Dosierpumpenabschnitt muß etwas verändert werden.

Vorzugsweise liegt der innere Drehschieber an einem En­ de an einer radial einwärte ragende Wand axial an. Da­ mit wird der innere Drehschieber im äußeren Drehschie­ ber fixiert, so daß die Überdeckung in den Steueröff­ nungen und -ausnehmungen einen längeren Zeitraum mit ausgesprochen hoher Präzision aufrechterhalten werden kann.

Auch ist von Vorteil, wenn das Antriebsteil das eine Zahnrad in voller Länge und das andere Zahnrad zumin­ dest um mehr als die Hälfte durchgreift. Damit wird er­ reicht, daß die Zahnräder gegenüber dem Drehschieber nicht kippen, sich also nicht aus ihrer Rotationsebene heraus neigen. Auch diese Maßnahme dient dazu, den Ver­ schleiß klein zu halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Blockschaltplan einer Steuereinrichtung,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Steuereinrichtung und

Fig. 3 einen Schnitt II-II nach Fig. 2.

Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte hydraulische Steuereinrichtung 1 weist ein Richtungsventil 2 auf, das mit zwei Arbeitsanschlüssen L, R verbunden ist, die an einen Lenkmotor 3 anschließbar sind. Ferner ist ein Pumpen- oder Druckanschluß P und ein Tankanschluß T vorgesehen.

Die andere Seite des Richtungsventils 2 ist mit einer Dosierpumpeneinheit 4 verbunden, die eine erste Dosier­ pumpe 5 und eine zweite Dosierpumpe 6 aufweist, die hy­ draulisch parallel geschaltet sind. Eine Welle 7 dient zur Verbindung der Dosierpumpeneinheit 4 mit einem nicht näher dargestellten Lenkhandrad. Zwischen den beiden Dosierpumpen 5, 6 ist eine mechanische Verbin­ dung 12 vorsehen, die dafür sorgt, daß ein Drehmoment, das über die Welle 7 eingeleitet wird, nicht nur die Dosierpumpe 6, sondern auch die Dosierpumpe 5 beauf­ schlagt. Es sei bereits hier bemerkt, daß die Dosier­ pumpe 5 eine größere Verdrängung als die Dosierpumpe 6 hat.

Der Begriff, daß die erste und die zweite Dosierpumpe 5, 6 hydraulisch parallel geschaltet sind, besagt, daß der Eingangsanschluß der Dosierpumpe 5 mit dem entspre­ chenden Eingangsanschluß der zweiten Dosierpumpe 6 und der Ausgangsanschluß der ersten Dosierpumpe 5 mit dem entsprechenden Ausgangsanschluß der zweiten Dosierpumpe 6 verbunden ist bzw. verbunden werden kann. Die Dosier­ pumpeneinheit 4 weist nämlich noch ein Abschaltventil 8 auf, das diese hydraulische Verbindung zwischen der er­ sten Dosierpumpe 5 und der zweite Dosierpumpe 6 unter­ brechen kann. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung ist die Verbindung unterbrochen und die zweite Dosier­ pumpe 6 kurzgeschlossen, so daß bei einer Drehung der Welle 7 lediglich die erste Dosierpumpe 5 in der Lage ist, Hydraulikflüssigkeit zum Richtungsventil 2 hin zu fördern. Dementsprechend ist auch nur ein Antriebsmo­ ment an der Welle 7 erforderlich, das ausreicht, um die Dosierpumpe 5 mit kleinerer Verdrängung anzutreiben.

Der Betrieb einer derartigen Steuereinrichtung 1 ist an sich bekannt. Eine Pumpe 9 fördert Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 10 zum Richtungsventil 2. Gleichzeitig wird das Abschaltventil 8 gegen die Kraft einer Feder 11 in eine Stellung verschoben, in der die beiden Do­ sierpumpen 5, 6 hydraulisch parallel geschaltet sind. Wenn nun die Welle 7 betätigt wird, gelangt über das Richtungsventil 2 Hydraulikflüssigkeit zum Lenkmotor 3. Die Menge der Hydraulikflüssigkeit wird hierbei durch die Dosierpumpen 5, 6 bestimmt. Diese stellen das Rich­ tungsventil 2 wieder in eine geschlossene Stellung zu­ rück, wenn der Lenkmotor sich so bewegt hat, wie dies einer vorgegebenen Drehung der Welle 7 entspricht.

Wenn nun die Pumpe 9 ausfällt, also kein Druck am Pum­ penanschluß P des Richtungsventils 2 ansteht, schaltet das Abschaltventil 8 unter der Wirkung der Feder 11 ab, d. h. es unterbricht die Verbindung zu den beiden Do­ sierpumpen 5, 6. Lediglich die Dosierpumpe 5 kann noch mit dem Richtungsventil 2 zusammenarbeiten. Wenn die Welle 7 gedreht wird, dann fördert die Dosierpumpe 5 die zum Betrieb des Lenkmotors 3 notwendige Hydraulik­ flüssigkeit.

Überlicherweise sind noch weitere Anschlüsse und Lei­ tungen vorgesehen, insbesondere ein Lastdrucksteueran­ schluß LS, der aber aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht eingezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt nun den näheren Aufbau als Längsschnitt durch eine Einheit, bei der das Richtungsventil 2, die Dosierpumpeneinheit 4 und das Abschaltventil 8 in Axialrichtung zusammengeflanscht sind. Die Reihenfolge der Dosierpumpen 5, 6 ist hier vertauscht.

Das Richtungsventil 2 weist ein Gehäuse 13 auf, in dem eine Bohrung 14 angeordnet ist. In der Bohrung 14 ist konzentrisch ein äußerer Drehschieber 17 und darin wie­ derum konzentrisch ein innerer Drehschieber 18 angeord­ net. Mit Hilfe einer Federanordnung 15 werden die bei­ den Drehschieber 17, 18 in eine Neutralstellung vorge­ spannt.

Am inneren Drehschieber 18 ist ein Eingriffsprofil 19, beispielsweise ein Vielkeilprofil, angeordnet, das zur Aufnahme der Welle 7 dient. Wenn also die Welle 7 ver­ dreht wird, dann wird der innere Drehschieber 18 eben­ falls verdreht.

Die beiden Drehschieber 17, 18 weisen in nicht näher dargestellter aber an sich bekannter Weise Nuten und Durchbrechungen auf, mit denen in Abhängigkeit von der Drehrichtung eine Verbindung zwischen dem Pumpenan­ schluß P und dem einen der beiden Arbeitsanschlüsse L, R bzw. dem anderen der beiden Arbeitsanschlüsse R, L und dem Tankanschluß T hergestellt werden können. Diese Nuten und Durchbrechenden dienen auch dazu, die ent­ sprechenden Flüssigkeitspfade zur Dosierpumpeneinheit freizugeben oder zu verschließen.

Die beiden Dosierpumpen 5, 6 der Dosierpumpeneinheit 4 weisen jeweils einen innenverzahnten Zahnkranz 5A, 6A und ein außen verzahntes Zahnrad 5B, 6B auf. Dies ist beispielsweise aus Fig. 3 ersichtlich. Hierbei weist der Zahnkranz 5A, 6A einen Zahn mehr als das Zahnrad 5B, 6B auf.

Über entsprechende Druckleitungen 23 werden Druckta­ schen 24 lagerichtig mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt oder Hydraulikflüssigkeit daraus abge­ lassen, so daß das Zahnrad 5B im Zahnkranz 5A orbitiert und gleichzeitig rotiert. Um die entsprechenden Dich­ tungen zwischen den einzelnen Drucktaschen 24 realisie­ ren zu können, ist das Zahnrad 5B im Grunde fast qua­ dratisch ausgebildet.

Das Zahnrad 5B ist exzentrisch zur Drehachse 25 der beiden Drehschieber 17, 18 angeordnet.

Der äußere Drehschieber 17 weist einen Fortsatz 26 auf, der die beiden Dosierpumpen 5, 6 vollständig durchragt. Der Fortsatz 26 hat gegenüber dem im Gehäuse 13 des Richtungsventils 2 angeordneten Abschnitt einen verrin­ gerten Durchmesser. Ein Wandabschnitt 31 bildet gleich­ zeitig einen Axialanschlag für den inneren Drehschieber 18. Hierbei durchsetzt der Fortsatz 26 das Zahnrad 5B vollständig und das Zahnrad 6B fast vollständig, auf jeden Fall über eine Strecke, die größer ist als die Hälfte der axialen Erstreckung des Zahnrades 6B. Der Fortsatz 26 weist auf seinem Umfang eine Außenverzah­ nung 27 auf, die über die axiale Länge des Fortsatzes 26 konstant ist, sich also nicht verändert. Diese Ver­ zahnung 27 steht in Eingriff mit einer Innenverzahnung 28 der Zahnräder 5B, 6B. Auch die Verzahnung 28 der beiden Zahnräder 5B, 6B ist über die axiale Länge un­ verändert und bei beiden Zahnrädern 5B, 6B gleich.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, stehen die beiden Ver­ zahnungen 27, 28 allerdings nicht über dem gesamten Um­ fang des Fortsatzes 26 in Eingriff. Der Eingriff be­ schränkt sich vielmehr auf einen Umfangsabschnitt. Im übrigen Umfangsbereich ist das Zahnrad 5B, 6B frei vom Fortsatz, wobei der Umfangsabschnitt mit dem Eingriff bei einer Rotation des Zahnrads auf dem Umfang des Fortsatzes 26 wandert.

Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, lediglich die rotierende Bewegung der Zahnräder 5B, 6B auf den Fort­ satz 26 und damit auf den äußeren Drehschieber 17 zu übertragen. Der orbitierende Anteil der Bewegung des Zahnrades 5B, 6B wird hingegen nicht auf den Fortsatz 26 übertragen.

Damit ist sichergestellt, daß beide Dosierpumpen 5, 6 in genau gleicher Weise mit dem Fortsatz 26 des äußeren Drehschiebers 17 in Antriebsverbindung stehen. Die Win­ kelstellung der Zahnräder 5B, 6B stimmt also zu jedem Zeitpunkt überein. Damit können keine abweichenden Kom­ mutierungen in den beiden Dosierpumpen 5, 6 auftreten und damit verbundenen Druckspitzen entfallen, was sich sehr positiv auf die Lebensdauer der Dosierpumpen 5, 6 auswirkt. Beide Dosierpumpen, genauer gesagt die beiden Zahnsätze 5A, 5B bzw. 6A, 6B arbeiten immer synchron, weil sie mit der gleichen Antriebseinheit, nämlich dem äußeren Schieber 17, verbunden sind.

Im übrigen entspricht der Aufbau der in Fig. 2 darge­ stellten Steuereinrichtung demjenigen, der aus DE 196 07 064 A1 bekannt ist, auf die zur Erläuterung des Ab­ schaltventils 8 verwiesen wird. Das Abschaltventil 8 weist einen Schieber 29 auf, der durch die Kraft der Feder 11 gegen eine Deckplatte 30 gedrückt wird. In nicht näher dargestellter Weise kann die der Feder 11 abgewandte Seite des Schiebers 29 unter Druck gesetzt werden, beispielsweise über eine in Fig. 1 dargestellte Steuerdruckleitung 16, so daß eine Verbindung zwischen zwei Leitungen 20, 21 freigegeben wird. Die hierzu er­ forderlichen Nuten im Schieber 29 liegen teilweise nicht in der Zeichenebene. In der dargestellten Lage des Schiebers 29 schließt hingegen eine Ringnut 22 die zweite Dosierpumpe 6 kurz.

Claims (8)

1. Hydraulische Steuereinrichtung mit einem Richtungs­ ventil und einer Dosierpumpeneinheit, die zwei hy­ draulisch parallel geschaltete und mechanisch par­ allel betreibbare Dosierpumpen aufweist, die je­ weils einen Zahnkranz mit Innenverzahnung und ein darin rotierend und orbitieren bewegbares Zahnrad mit Außenverzahnung aufweisen, dadurch gekennzeich­ net, daß ein durchgehendes Antriebsteil (26) für beide Zahnräder (5B, 6B) vorgesehen ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Eingriffsverhältnis in dem An­ triebsteil (26) und dem jeweiligen Zahnrad (5B, 6B) in beiden Dosierpumpen (5, 5) gleich ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (26) durch ei­ nen Teil des Richtungsventils (2) gebildet ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtungsventil (2) einen inneren Drehschieber (18) und einen äußeren Drehschieber (17) aufweist, die relativ zueinander verdrehbar sind, wobei sich der äußere Drehschieber (17) exzentrisch durch die Zahnräder (5B, 6B) der Dosierpumpen (5, 6) erstreckt und die Zahnräder (5B, 6B) in drehmomentübertragender Verbindung mit dem äußeren Drehschieber (17) stehen.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahnräder (5B, 6B) jeweils eine Innenverzahnung (28) aufweisen, die mit einer Au­ ßenverzahnung (27) des äußeren Drehschiebers (17) in Eingriff steht, wobei sich der Eingriff auf ei­ nen Umfangsbereich beschränkt, der beim Orbitieren der Zahnräder (5B, 5B) in Umfangsrichtung wandert.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Drehschieber (17) an dem Abschnitt (26), der innerhalb der Zahnräder (5B, 6B) angeordnet ist, einen verminderten Durch­ messer aufweist.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Drehschieber (18) an einem Ende an einer radial einwärts ragen­ den Wand (31) des äußeren Drehschiebers (17) an­ liegt.

8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (26) das eine Zahnrad (5B) in voller Länger und das an­ dere Zahnrad (6B) zumindest um mehr als die Hälfte durchgreift.