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Die Erfindung betrifft eine hydraulische
Steuereinrichtung mit einem Richtungsventil und einer Dosierpumpeneinheit,
die zwei hydraulisch parallel geschaltete und mechanisch parallel
betreibbare Dosierpumpen aufweist, die jeweils einen Zahnkranz mit
Innenverzahnung und ein darin rotierend und orbitierend bewegbares
Zahnrad mit Außenverzahnung
aufweisen.
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Derartige Steuereinrichtung werden
insbesondere bei der Lenkung von Fahrzeugen verwendet. Die Dosierpumpeneinheit
ist hierbei über
ein Richtungsventil mit einem Lenkmotor verbunden. Das Richtungsventil
ist mit einem Lenkhandrad oder einer vergleichbaren Einrichtung
verbunden. 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.
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Im normalen, d.h. ungestörten Betrieb
sind beide Dosierpumpen aktiv. Sie können dementsprechend ein relativ
großes
Volumen von Hydraulikflüssigkeit
fördern,
was eine schnelle Reaktion des Lenkmotors auf Bewegungen des Lenkhandrads
ermöglicht.
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Wenn der Druck am Pumpenanschluß, der normalerweise
die unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit zur Verfügung stellt,
aus irgendwelchen Gründen
absinkt oder zusammenbricht, beispielsweise weil die zuständige Versorgungspumpe
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
Druckerzeugung der Hydraulikflüssigkeit
verwendet. Die notwendige Energie muß hierzu über das Lenkhandrad eingebracht
werden, d.h. in der Regel mit menschlicher Muskelkraft.
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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.
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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
Steuereinrichtung angeordnet ist, die sich ebenfalls drehen können. Die
Keilstruktur oder Innenverzahnung des Zahnrads dient auch zur Aufnahme
einer weiteren Welle, mit deren Hilfe ein Drehmoment von dem Zahnrad
der ersten Dosierpumpe zum Zahnrad der zweiten Dosierpumpe übertragen
wird. Auch dieses zweite Zahnrad hat eine entsprechende Keilstruktur
in seiner Innenseite.
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Man hat nun beobachtet, daß die Lebensdauer
derartiger Dosierpumpen nicht immer den gewünschten Erwartungen entspricht.
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Dementsprechend liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer der Dosierpumpen zu verlängern.
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Dies Aufgabe wird durch eine Hydraulische Steuereinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dementsprechend werden die Zahnräder beider
Dosierpumpen immer vom gleichen Antriebsteil angetrieben. Ihre Bewegungen
werden daher in einem hohen Maße
synchronisiert. Dies ist eine deutliche Verbesserung gegenüber den
bekannten Fällen.
Dort war aufgrund eines mindestens zweifachen Keileingriff zwischen
dem ersten und dem zweiten Zahnrad eine kleine Toleranz unvermeidbar.
Diese Toleranz konnte in ungünstigen
Fällen
dazu führen, daß Kommutierungsverschiebungen
entstehen, die wiederum zu Druckspitzen führen. Die Druckspitzen wiederum
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
Antriebsteil, dann entstehen diese Probleme nicht. Die Kommutierung
kann wesentlich besser in Übereinstimmung
gehalten werden, so daß Druckspitzen
vermieden oder zumindest erheblich verringert werden können.
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Vorzugsweise ist ein Eingriffsverhältnis zwischen
Antriebsteil und dem jeweiligen Zahnrad in beiden Dosierpumpen gleich.
In einer relativ einfachen Ausgestaltung läßt sich dies dadurch realisieren,
daß die
Eingriffsgeometrie 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 identische Eingriffsgeometrie. Damit wird zusätzlich zu
der Verwendung eines gemeinsamen Antriebsteils auch durch die gleiche
Eingriffsgeometrie bzw. das gleiche Eingriffsverhalten Sorge dafür getragen,
daß beide
Zahnräder
auf praktisch identische Weise angetrieben werden.
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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 Richtungsventils. Das Richtungsventil setzt sich vielmehr mit
dem Antriebsteil in die Dosierpumpen fort.
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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 drehmomentübertragender
Verbindung mit dem äußeren Drehschieber
stehen. Die Zahnräder
rotieren und orbitieren gleichzeitig in den entsprechenden Zahnringen.
Sie beschreiben 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 ausschließlich das Drehmoment, nicht
jedoch die orbitierende Bewegung auf den Drehschieber überträgt. In diesem
Fall kann man den Drehschieber konzentrisch zum Zahnring der Dosierpumpe
ausrichten.
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Vorzugsweise weisen die Zahnräder jeweils eine
Innenverzahnung auf, die mit einer Außenverzahnung des äußeren Drehschieber
in Eingriff steht, wobei sich der Eingriff auf einen Umfangsbereich
beschränkt,
der bei Orbitieren 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
Drehbewegung wird durch den Eingriff zwischen der Innenverzahnung
und der Außenverzahnung übertragen.
Die orbitierende 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 verwendet werden.
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Bevorzugterweise weist der äußere Drehschieber
an dem Abschnitt, der nahe der Zahnräder angeordnet ist, einen verminderten
Durchmesser auf. Damit lassen sich die Außenabmessungen 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.
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Vorzugsweise liegt der innere Drehschieber an
einem Ende an einer radial einwärts
ragenden Wand axial an. Damit wird der innere Drehschieber im äußeren Drehschieber
fixiert, so daß die Überdeckung
in den Steueröffnungen
und -ausnehmungen einen längeren
Zeitraum mit ausgesprochen hoher Präzision aufrechterhalten werden
kann.
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Auch ist von Vorteil, wenn das Antriebsteil das
eine Zahnrad in voller Länge
und das andere Zahnrad zumindest um mehr als die Hälfte durchgreift.
Damit wird erreicht, daß die
Zahnräder
gegenüber
dem Drehschieber nicht kippen, sich also nicht aus ihrer Rotationsebene
heraus neigen. Auch diese Maßnahme
dient dazu, den Verschleiß klein
zu halten.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
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1 einen
schematischen Blockschaltplan einer Steuereinrichtung,
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2 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Steuereinrichtung und
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3 einen
Schnitt II-II nach 2.
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Eine in 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.
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Die andere Seite des Richtungsventils 2 ist mit
einer Dosierpumpeneinheit 4 verbunden, die eine erste Dosierpumpe 5 und
eine zweite Dosierpumpe 6 aufweist, die hydraulisch 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 Verbindung 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 beaufschlagt.
Es sei bereits hier bemerkt, daß die
Dosierpumpe 5 eine größere Verdrängung als
die Dosierpumpe 6 hat.
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Der Begriff, daß die erste und die zweite
Dosierpumpe 5, 6 hydraulisch parallel geschaltet
sind, besagt, daß der
Eingangsanschluß der
Dosierpumpe 5 mit dem entsprechenden 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 Dosierpumpeneinheit 4 weist
nämlich
noch ein Abschaltventil 8 auf, das diese hydraulische Verbindung
zwischen der ersten Dosierpumpe 5 und der zweite Dosierpumpe 6 unterbrechen
kann. In der in 1 dargestellten
Stellung ist die Verbindung unterbrochen und die zweite Dosierpumpe 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 Antriebsmoment an der Welle 7 erforderlich,
das ausreicht, um die Dosierpumpe 5 mit kleinerer Verdrängung anzutreiben.
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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 Dosierpumpen 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 Richtungsventil 2 wieder in eine geschlossene
Stellung zurück,
wenn der Lenkmotor sich so bewegt hat, wie dies einer vorgegebenen
Drehung der Welle 7 entspricht.
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Wenn nun die Pumpe 9 ausfällt, also
kein Druck am Pumpenanschluß 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 Dosierpumpen 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 Hydraulikflüssigkeit.
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Überlicherweise
sind noch weitere Anschlüsse
und Leitungen vorgesehen, insbesondere ein Lastdrucksteueranschluß LS, der
aber aus Gründen der Übersichtlichkeit
hier nicht eingezeichnet ist.
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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.
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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 wiederum konzentrisch ein innerer Drehschieber 18 angeordnet.
Mit Hilfe einer Federanordnung 15 werden die beiden Drehschieber 17, 18 in
eine Neutralstellung vorgespannt.
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Am inneren Drehschieber 18 ist
ein Eingriffsprofil 19, beispielsweise ein Vielkeilprofil,
angeordnet, das zur Aufnahme der Welle 7 dient. Wenn also die
Welle 7 verdreht wird, dann wird der innere Drehschieber 18 ebenfalls
verdreht.
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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 Pumpenanschluß 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 Durchbrechungen dienen auch dazu, die entsprechenden
Flüssigkeitspfade
zur Dosierpumpeneinheit freizugeben oder zu verschließen.
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Die beiden Dosierpumpen 5, 6 der
Dosierpumpeneinheit 4 weisen jeweils einen innen verzahnten
Zahnkranz 5A, 6A und ein außen verzahntes Zahnrad 5B, 6B auf.
Dies ist beispielsweise aus 3 ersichtlich.
Hierbei weist der Zahnkranz 5A, 6A einen Zahn
mehr als das Zahnrad 5B, 6B auf.
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Über
entsprechende Druckleitungen 23 werden Drucktaschen 24 lagerichtig
mit Hydraulikflüssigkeit
unter Druck versorgt oder Hydraulikflüssigkeit daraus abgelassen,
so daß das
Zahnrad 5B im Zahnkranz 5A orbitiert und gleichzeitig
rotiert. Um die entsprechenden Dich tungen zwischen den einzelnen Drucktaschen 24 realisieren
zu können,
ist das Zahnrad 5B im Grunde fast quadratisch ausgebildet.
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Das Zahnrad 58 ist exzentrisch
zur Drehachse 25 der beiden Drehschieber 17, 18 angeordnet.
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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 verringerten
Durchmesser. Ein Wandabschnitt 31 bildet gleichzeitig 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 Außenverzahnung 27 auf,
die über
die axiale Länge
des Fortsatzes 26 konstant ist, sich also nicht verändert. Diese
Verzahnung 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
unverändert
und bei beiden Zahnrädern 5B, 6B gleich.
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Wie aus 3 zu erkennen ist, stehen die beiden
Verzahnungen 27, 28 allerdings nicht über dem
gesamten Umfang des Fortsatzes 26 in Eingriff. Der Eingriff
beschränkt
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.
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Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, lediglich
die rotierende Bewegung der Zahnräder 5B, 6B auf
den Fortsatz 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.
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Damit ist sichergestellt, daß beide
Dosierpumpen 5, 6 in genau gleicher Weise mit
dem Fortsatz 26 des äußeren Drehschiebers 17 in
Antriebsverbindung stehen. Die Winkelstellung der Zahnräder 5B, 6B stimmt
also zu jedem Zeitpunkt überein. Damit
können
keine abweichenden Kommutierungen 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.
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Im übrigen entspricht der Aufbau
der in
2 dargestellten
Steuereinrichtung demjenigen, der aus
DE 196 07 064 A1 bekannt
ist, auf die zur Erläuterung
des Abschaltventils
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
1 dargestellte Steuerdruckleitung
16,
so daß eine
Verbindung zwischen zwei Leitungen
20,
21 freigegeben
wird. Die hierzu erforderlichen 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.