DE2257230A1

DE2257230A1 - Hydraulische lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2257230A1
Application number: DE2257230A
Authority: DE
Inventors: Carl Ivar Olsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1972-11-22
Filing date: 1972-11-22
Publication date: 1974-06-06
Also published as: US3945457A; DE2257230C3; DE2257230B2

Description

Hydraulische Lenkeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Lenkeinrichtung mit einer kontinuierlich arbeitenden Pumpe, einem die zu lenkenden Teile verstellenden Arbeitsmotor, einem vom Lenkhandrad verstellbaren Steuergerät, das die Pumpe in seiner Neutralstellung über einen Kurzschlußpfad mit dem Tank und in seinen beiden ArbeitsStellungen mit jeweils einer der beiden Seiten des Arbeitsmotors und die jeweils andere Seite des Arbeitsmotors mit dem Tank verbindet, und einem Tank, wobei das Steuergerät insbesondere ein mit einem Lenkhandrad verbundenes Steuerelement und ein mit einem Meßmotor verbundenes Nachlaufelement aufweist, die um ein begrenztes Stück gegeneinander verstellbar sind.

Derartige Lenkeinrichtungen sind beispielsweise aus der britischen Patentschrift 897 768 bekannt. Das Steuergerät kann hierbei einen inneren Drehschieber, der mit dem Lenkhandrad _ verbunden ist, und einen äußeren Drehschieber, der mit einem die zum Arbeitsmotor fließende- Druckmittelmenge feststellenden Meßmotor verbunden ist, aufweisen. Die beiden Drehschieberhülsen bilden gemeinsam ein Umschaltventil, das durch- Federn in einer NeutralStellung gehalten wird, in der Steueröffnungen in den Schiebern einen Kurzschlußpfad zwischen Druckseite und Abflußseite freigeben. Bei .einer Relativdrehung nach der einen oder anderen Seite wird dieser Kurzschlußpfad geschlossen und statt dessen werden Steueröffnungen freigegeben, die das Druckmittel

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von der Pumpe über den Meßmotor zu der einen Seite des Arbeitsmotors und von dessen anderer Seite zurück zum Tank bzw. umgekehrt fließen lassen.

Ss ist ferner aus der deutschen Auslegeschrift 1 124 776 bekannt, einem hydraulischen Arbeitsmotor Endlagenschaltvorrichtungen zuzuordnen. Diese sollen verhindern, dad Maschinenteile, Werkstücke od. dgl., die durch den hydraulischen Motor bewegbar sind, gegen einen mechanischen Begrenzungsanschlag gepreßt werden oder sonstigen Schaden erleiden. Die Endlagenschal tvorrichtungen aind mit Sperrventilen versehen, die in die beiden Leitungen eingeschaltet sind, welche den Motor mit einem ihn steuernden Umschalter verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulischen Lenkeinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu verhindern, daß die vom Arbeitsmotor bewegten Teile gegen mechanische Anschläge auftreffen, ohne daß hierdurch Störungen im hydraulischen Kreis auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise der Endlage des Arbeitsmotors eine Endlagenschal tvorrichtung zugeordnet ist und daß ein Kurzschlußpfad zwischen der Primärseite des Steuergeräts und den Tank mit einem Schaltventil vorgesehen ist, das bei Betätigung der Endlagenschal tvorrichtung öffnet.

Bei dieser Ausbildung werden zwar Endlagenschaltvorrichtungen zur Stillsetzung des Arbeitsmotors verwendet. Sie werden aber nicht als Sperrventile ausgebildet,sondern öffnen einen Kurzschlußpfad zwischen Pumpe und Tank. Hierdurch sinkt zwar der Druck am Motor in aller Regel nicht bis auf Null, er ist aber genügend klein, um eine Weiterbewegung des Arbeitsmotors und der zu lenkenden Teile zu verhindern oder zumindest ein sehr sanftes Anlegen dieser Teile am Begrenzungsanschlag zu bewirken. Dies hat zur Folge, daß in dem hydraulischen Kreis nur während einer tatsächlichen Verstellung des Arbeitsmotors die vollen

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Druckkräfte vorhanden sind, beim Stillstand dagegen ein sehr viel geringerer Druck herrscht, sei es infolge des Kurzschlußpfades im Steuergerät bei der Neutralstellung, sei es infolge ' des Schaltventils bei Erreichen der Endlage. Entsprechend gering ist die Pumpenleistung. Im Gegensatz zu einer Verwendung einer Endlagenschaltvorrichtung mit Sperrventil besteht keine Gefahr, daß die Pumpe einen Druck aufbaut, der mit Hilfe- eines Überdruckventils abgebaut werden müßte und zu einer störenden Erwärmung der Druckflüssigkeit führt. Zudem steht dann die maximale Pumpenleistung für andere Verbraucher zur Verfügung.

Eine ein Fahrzeug lenkende Person ist daran gewöhnt, daß das Ende des Lenkbereichs, durch das Aufschlagen von bewegten Teilen auf einen mechanischen Anschlag gekennzeichnet ist. Dieses Aufschlagen entfällt durch die Verwendung der Endlagenschaltvorrichtung. Trotzdem bleibt der lenjkenden Person das "Aufschlag^w-Gefühl erhalten. Wenn nämlich bei Erreichen der Endlage die Druckflüssigkeit über den Kurzschlußpfad am Arbeitsmotor vorbeigeführt wird, strömt auch keine Druckflüssigkeit mehr durch den Meßmotor. ¥enn aber das mit dem Meßmotor verbundene Nachlaufelement stehen bleibt, kann auch das mit dem Lenkhandrad verbundene Steuerelement nicht mehr weitergedreht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsfona ist das Schaltventil Teil der EndlagenBchaltvorrichtung. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau. Das Fühlglied der Endlagenschaltvorrichtung kann das ' Schaltventil direlct oder über eine Kupplung betätigen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt es sich, daß der Öffnungszustand des Kurzachlußpfades außerdem in Abhängigkeit davon gesteuert ist, daß auf der ersten Seite des Arbeitsmotors, die bei einer Bewegung in Richtung auf die Endlagenschaltvorrichtung dem Zufluß dient, Druck herrscht. Wird dieser, gegebenenfalls sehr geringe, Druck aufgehoben, weil das Steuergerät im Sinne einer entgegengesetzten Bewegung des Arbeitsmotors verstellt wird, schließt sich der Kurzschlußpfad sofort mit der Folge, daß der Arbeitsmotor ohne Verzögerung in der entgegengesetzten Richtung anläuft. Damit wird auf einfache Weise

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sichergestellt, daß der Kurzschlußpfad nicht dauernd geöffnet bleibt, wenn das Fühlglied der Endlagenschaltvorrichtung einmal vom Arbeitsmotor oder mit ihm verbundenen Teilen verstellt worden war.

Ein sehr einfacher Aufbau ergibt sich, wenn mit dem Schaltventil ein druckabhängiges Zusatzventil in Reihe liegt, dessen Steueranschluß mit der ersten Seite des Arbeitsmotors verbunden ist. Es brauchen dann in der Endlagenschaltvorrichtung keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden.

Sehr günstig ist es ferner, wenn die Endlagenschaltvorrichtung ein Steuerventil aufweist, das in einer Steuerleitung liegt, die von der ersten Seite des Arbeitsmotors zu einem Steuereingang des Schaltventils führt. Diese Steuerleitung wird einerseits von der Endlagenschaltvorrichtung und andererseits vom Druck auf der ersten Seite des Arbeitsmotors beeinflußt. Besonders günstig ist es aber, daß man mit einer verhältnismäßig dünnen Steuerleitung auskommt. Auf diese Weise spart man für die gesamte Kurzschlußmenge ausgelegte Rohrleitungen, die von der Primärseite des Steuergeräts über die Endlagenschaltvorrichtung zum Tank führen, was bei größerem Abstand zwischen Steuergerät und Arbeitsmotor zu einem sehr aufwendigen Leitungssystem führen würde. Bei einer solchen Auslegung können für die Endlagenschaltvorrichtung und das Schaltventil Standard-Bauteile verwendet werden.

Bei einer hydraulischen Lenkeinrichtung mit einem Überdruckventil zwischen Pumpenausgang und Tank kann das Überdruckventil einen weiteren Steuereingang haben und gleichzeitig als Schaltventil dienen. Dieses Überdruckventil erfüllt dann einerseits die übliche Punktion, den Maximaldruck der Pumpe zu begrenzen, und außerdem die Funktion des Schaltventils.

Besonders empfehlenswert ist es, wenn das Schaltventil ein durch ein Pilotventil gesteuertes Druckregelventil ist und der Steuereingang durch ein Pilotventil mit dem Tank verbindbar ist.

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Hierbei kann der Anschluß des Druckbetätigungsorgans des Pilotventils über ein Drosselventil mit dem. Tank verbunden sein» Dieses Drosselventil wird von Hand so eingestellt, daß bei geöffnetem Steuerventil in der Endlagenschaltvorriehtung ständig ein kleiner Leckstrom zum Tank fließt. Wegen dieses Leckstroms muß zwar das Lenkhandrad zur Aufrechterhaltung der Endlagenstellung des Arbeitsmotors langsam weitergedreht werden. Bei einer Bewegungsumkehr des Lenkhandrades jedoch kann das Pilotventil und damit das Schaltventil sehr schnell schließen, so daß sich auf der zweiten Seite des Arbeitsmotors ein rascher Druckaufbau ergibt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist dafür gesorgt, daß die Endlagenschaltvorrichtung einen elektrischen Endlagenschalter aufweist? an die erste Seite des Arbeitsmotors ein druckabhängig gesteuerter Schalter angeschlossen, ist und beide Schalter miteinander und mit einer elektromagnetischen Vorrichtung zur Auslösung des Schaltveatils in Reihe liegen. Auch auf diese Weise ist die doppelte Abhängigkeit von der Betätigung der Endlagenschaltvarriehtung und dem Druck auf der ersten Seite des Arbeitsmotors gewährleistet. Vorzugsweise steuert die elektromagnetische Vorrichtung ein JPilotv©ntil, das seinerseits ein als Schaltventil dienendes überdruckventil steuert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert» Es aeigenr

Pig. 1 ein hydraulisches Schaltbild für eine erste Ausführuhgsform der Erfindung,

Fig. 2 ein hydraulisches Schaltbild für eine sweite Ausführungform der Erfindung,

Pig. 3 ein hydraulisches Schaltbild für eine dritte Ausführungsfarm der Erfindung und ''

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Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild für die Ausführung der Fig. 3.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 fördert eine Pumpe 1 Druckflüssigkeit aus einem Tank 2 über eine Druckleitung 3 mit Rückschlagventil 4 zu einem Steuergerät 5, das von einem Lenkhandrad 6 verstellbar ist. In der Neutralstellung gelangt die Druckflüssigkeit über einen Kurzschlußpfad 7 und einer Abflußleitung 8 mit einem Filter 9 in den Tank 2 zurück.

Zuleitungen 10 und 11 verbinden das Steuergerät 5 mit einem Arbeitsmotor 12. Gelangt Druckflüssigkeit auf die erste Seite des Arbeitsmotors, so wird der Kolben 14 und die Kolbenstange nach oben verschoben, wobei die zweite Seite 16 des Arbeitsmotors 12 über die Leitung 11 mit der Abflußleitung 8 verbunden wird. Bei entgegengesetzter Drehung des Lenkhandrades 6 werden die Funktionen der Leitungen 10 und 11 vertauscht, so daß.der Arbeitsmotor seine Bewegungsrichtung umkehrt.

Einem bewegten Teil des Arbeitsmotors 12 oder angebauten Teilen, hier der Kolbenstange 15, welche die zu lenkenden Teile des Fahrzeugs verstellt, ist eine Endlagenschaltvorrichtung 17 zugeordnet, auf deren Fühlglied 18 die Stange 15 auftrifft. Durch dieses Auftreffen wird ein in der Endlagenschaltvorrichtung 17 enthaltenes Schaltventil 19 geöffnet. Dieses Schaltventil liegt in einem Kurzschlußpfad 20, welches die Druckleitung 3 mit dem Tank 2 verbindet. Ein druckabhängiges Zusatzventil 21 ist mit dem Schaltventil 19 in Reihe gelegt. Sein Steuereingang 22 ist an die erste Seite 13 des Arbeitsmotors 12 angeschlossen. Das Zusatzventil 21 öffnet nur, wenn in der Zuleitung 10 ein, wenn auch geringer, Druck herrscht.

Wenn nun der Arbeitsmotor 12 seine Endlage erreicht und das Schaltventil 19 öffnet, wobei wegen der Druckverhältnisse das Zusatzventil 21 bereits geöffnet ist, fließt das gesamte von der Pumpe 1 geförderte Druckmittel über den Kurzschlußpfad 20 unmittelbar in den Tank 2. Eine weitere Verstellung des Arbeitsmotors 12 mit Hilfe der Energie der Pumpe 1 ist daher nicht möglich. Wenn das Lenkhandrad 6 in der entgegengesetzten

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Richtung gedreht wird und dadurch der Druck von der Zuleitung" 10 entfernt wird, wird der Kurzschlußpfad 20 unterbrochen. Der? in der Zuleitung 11 auftretende Druck kann dann die volle Größe haben, so daß der Arbeitsmotor 12 sofort zu laufen beginnt und sich aus der Endlage heraus bewegt.

Für die entgegengesetzte Endlage ist eine ähnliche Anordnung zu treffen, beispielsweise· in Analogie zu der Darstellung in Fig. 2. Um für den Fall einer Überlastung des Arbeitsmotors 12 eine Beschädigung der Pumpe 1 zu verhindern, ist ein Überdruckventil 40 zwischen der Druckleitung 3 und der Abflußleitung 8 vorgesehen. -

Bei der hydraulischen Schaltung nach Fig. 2 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig„ 1 verwendete Es sind zwei gegensinnig bewegbare Arbeitsmotoren 12 und 12' vorgesehen. Die zum Arbeitsmotor 12' gehörenden Teile sind jeweils mit einem Apostroph gekennzeichnet„ Bei dieser Ausführungsform ist ein Kurzschlußpfad 23 vorgesehen, in welche- ein Schaltventil 25 gelegt ist. Das Schaltventil ist ein Überdruckventil, das gegen die Kraft einer Feder 26 von dem über den Kanal 27 zugeführten Druck auf der Pumpendruckseite betätigt wird₀ Es ist gleichzeitig als ein mittels eines Pilotventils 28 gesteuertes Druckregelventil ausgebildet_? wofür ein Kanal 30 vorgesehen ist. Das Pilotventil 28 hat einen Steuereingang 31» der zu einem Druckbetätigungsorgan führt«, Mit diesem Steuereingang 31 sind Steuerleitungen 32 bzWe 32' verbunden, die an die Druck-Seiten 13 bzw. 13' der Arbeitsmotoren 12 bzw. 12" angeschlossen sind und je ein Steuerventil 33 bzw_e 33^s enthalten, das einen Teil, der Endlagenschaltvorrichtung 18 bzw« 18» bildet» Des v/eiteren ist der Steuereingang 31 über ein Drosselventil 34 mit dem Tank 2 verbunden.

Im Betrieb fließt in der Ruhestellung Druckflüssigkeit über den Kurzschlußpfad 7 direkt zum Tank zurück. In der einen Arbeitsrichtung strömt Druckflüssigkeit über die Zuleitung 10 zu der ersten Seite 13 des Arbeitsmotors 12 und der zweiten Seite 16' des Arbeitsmotors 12'. Wenn nun der Arbeitsmotor 12 die Endlage erreicht und die Kolbenstange 15 das Fühlglied 18 verstellt,

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öffnet das Steuerventil 33. Von der Zuleitung 10 fließt daher eine Leckölmenge über das Drosselventil 34 in den Tank. Am Steuereingang 31 entsteht ein Druck, der das Pilotventil 28 öffnet. Infolgedessen öffnet auch das Schaltventil 25 und der überwiegende Teil der von der Pumpe 1 geförderten Druckflüssigkeit fließt über den Kurzschlußpfad 23 ab. Die Arbeitsmotoren 12 und 12' können nun nicht mehr mit Hilfe der Energie der Pumpe 1 weiterbewegt werden. Wird das Lenkhandrad in der entgegengesetzten Richtung bewegt, wird der Druck auf der ersten Seite 13 des Arbeitsmotors 12 und damit auch am Steuereingang 31 durch das Steuergerät 5 entlastet. Das Pilotventil 28 und das Schaltventil 25 schließen. Bei der nun anschließenden Bewegung der Arbeitsmotoren in der entgegengesetzten Richtung steht sofort der volle Druck zur Verfügung. Die Arbeitebewegung in dieser Richtung endet, wenn die Kolbenstange 15' auf das Fühlglied 18· der Endlagenschaltvorrichtung 17' trifft. Die Arbeitsweise ist in dieser Endlage die gleiche wie zuvor. Bei der hydraulischen Schaltung nach Fig. 3 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Endlagenschaltvorrichtung 17 mit einem elektrischen Kontakt 35 versehen. Die Zuleitung 10 ist mit einem druckabhängigen Schalter 36 verbunden. Das Pilotventil 28 trägt eine elektromagnetische Auslösevorrichtung 37. Die beiden Schalter 35 und 36 sowie die elektromagnetische Auslösevorrichtung 37 sind, wie Fig. 4 zeigt, in Reihe zwischen die beiden Speiseleitungen 38 und 39 eines elektrischen Netzes gelegt.

Wenn hier die Kolbenstange 15 bei einer Betätigung des Lenkhandrades 6 das Fühlglied 18 die Endlagenschaltvorrichtung 17 erreicht, wobei auch die Zuleitung 10 Druck führt, ist der Stromkreis zur Auslösevorrichtung 37 geschlossen. Das Pilotventil 28 öffnet wie in Fiß. 2 auch das Schaltventil 25.

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Claims

:-ini|t. einer kontinuierlich·;

arbeitenden Pumpe, eiLrteiö die Zu lenkenden; Teile verstellen*-· den'Ai^itsmoiior, einem'vom
Stetförgerat, das di©¹ Pumpe in
©inen Kürzsclxlußpfad -mit dem T&sM und in seiiieri: "beiden Ärbeitsstellungen mit jeweils einer' def Taeiden Seiten des Arbeit smokers und die jeweils andere- Seite des^ Arfeeitsmö-¹-■ tors mit dem- iante verMndet, und einem ianfc,/ wotoei diasteuergerät insise^sondere ein mit einem iLeiifchandrad:* verbünde^ nes Steuerelement und ein mit einem Meßmotor ^eiTTbündeMiesV' · Nacnlaufelement aufweist, die um: ein begrenztieB: Stück gegeneinander verstellbar sind, dadurch, gekennzeichnet, daß in-.-' ■ an sieK bekannter Weise der Endlage des" Arbeitsraotors (12) ' eine EhdlagenschaltvOrrichtung Cl 7^ zugeürdneit ist und* daß ein Kurzschlußpfad (20, 23) zwischen der Primär Seite des Steuergeräts (5) und dem Tank (2) mit einem Schaltventil· £19₇ 25) vorgesehen isü, das bei Betätigung der Endlageiisehaltvorriehtung öffnet». ' · ^^-
2. Einrichitung; nach Anspruch; T₁, dadurch gekennzeichnet,,' daß das Schaltventil C19) Teil der Endlageiischsltvorrichtung (1?)¹ ist.. ' ' ' " ■""■"■.
J. Einriciitung nach Anspruchs'T oder 2, dadurch. gekerinzeichnet",, daß- der Ö^fnungszustand des Kurzschiußpfades (20,. 23): äußerndem in Abhängigkeit davon, gesteuert ist,,, daß auf der ersten Seiten (;13) devs; Arbeitsmotors Ci2)_r die bei einer Belegung' in; Richtung auf die EndlagenschaltVorricatung ^W); dem " Zufluß; dient*. Brück herrsch'^.: -
4. Einrichtung nachi Anspruch 3> dadurch; gekennzeichnet,, daß! mit dem Schaltventil (19) ein druckabhängiges Zusatzventil (.21;; )■ in Reihe liegt, dessen Steuer ans chluß (22). mit der ersten Seite (13) des Arbeitsmotors ('i2) verbunden ist.

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlagenschaltvorrichtung (17) ein Steuerventil (33) aufweist, das in einer Steuerleitung (32): liegt, die von der ersten Seite (13) des Arbeitsmotors (12) zu einem Steuereingang (31) des Pilotventils (28) führt.
6. Einrichtung mit einem Überdruckventil zwischen Pumpenausgang und Tank nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (25) einen weiteren Steuereingang (30) hat und gleichzeitig als Schaltventil (25) dient.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (25) ein durch ein Pilotventil (28) gesteuertes Druckregelventil ist und der Steuereingang (31) durch den Anschluß eines Druckbetatigungsorgäns des Pilotventils gebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (31) des Druckbetätigungsorgans des Pilotventils (28) über ein Drosselventil (34) mit dem Tank (2) verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder.3» dadurch gekennzeichnet, daß die Endlagenschaltvorrichtung (17) einen elektrischen Endlagenschalter (35) aufweist, an die erste Seite (13) des Arbeitsmotors (12) ein druckabhängig gesteuerter Schalter (36) angeschlossen ist und beide Schalter niteinander und mit einer elektromagnetischen Vorrichtung (37) zur Auslösung des Schaltventils (25) in Reihe liegen.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,., daß die elektromagnetische Vorrichtung (37) ein Pilotventil (28) steuert, das seinerseits ein als Schaltventil (25) dienendes Überdruckventil steuert.

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