DE2257230B2

DE2257230B2 - Hydraulische Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE2257230B2
Application number: DE2257230A
Authority: DE
Inventors: Carl Ivar Soenderborg Olsen (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1972-11-22
Filing date: 1972-11-22
Publication date: 1974-10-31
Also published as: DE2257230C3; DE2257230A1; US3945457A

Description

Aus der deutschen Patentschrift 1 750 263 ist ein Arbeitsmotor bekannt, der auch für Servolenkungen eingesetzt werden kann. Bei diesem Arbeitsmotor ist der Kolben von einem stangenförmigen, verschiebbaren Ventiistift durchsetzt, der an seinen beiden Enden Nuten aufweist. Wenn sich der Kolben einer Endlage nähert, wird der Ventilstift verschoben, so daß sich über die Nuten eine Verbindung zwischen den beiden Seiten des. Kolbens ergibt.

Aus dem Buch von Pippinger-Koff »Fluid-Power Controls« ist es bekannt, einer Endlage eines über ein Umschaltventi steuerbaren Axialkolbenmotors eine Endagenschaltvorrichtur.g in der Form eines normalerweise geschlossenen Ventils zuzuordnen. Dieses Ventil wird kurz vor Erreiches der Endlage durch eine Kurvenscheibe betätigt. In einer Ausführungsform dient das Ventil als Schaltventil, das bei Betätigung einen Kurzschlußpfad öffnet, der von der Pumpendruckseite zur Abflußseite des Arbeitsmotors führt, so daß Druckflüssigkeit von der Pumpe unter Umgehung des Arbeitsmotors durch das Umschaltventil zum Tank fließt. Über diesen Kurzschlußpfad strömt aber zu Beginn der entgegengesetzten Bewegung des Arbeitsmotors Druckflüssigkeit unter Umgehung des Umschaltventil, also unkontrolliert, zum Arbeitsmotor. Ferner steht eine Kammer des Arbeitsmotors in der einen Endlage sogar in der Neutralstellung des Umschaltventils unter Pumpendruck. Bei einer anderen Ausführungsform liegt das Ventil der Endlagenschaltvorrichtung in einer Steuerleitung, die außerdem ein Rückschlagventil aufweist und einen zusätzlichen Steuereingang eines zwischen Pumpe und Tank geschalteten Überdruckventils mit der Abflußseite des Motors verbindet. Hier wird das Überdruckventil in der Endlage des Arbeitsmotors entlastet und stellt eine direkte Kurzschlußverbindung zwischen Pumpe und Tank her. Hier muß in der Steuerleitung ein absolut dichtes Rückschlagventil vorgesehen sein, weil sich andernfalls zu Beginn der entgegen-

gesetzten Bewegung des Arbeitsmotors im Steuerraum des Oberdruckventils ein dessen Funktion verhindernder großer Druck aufbauen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulischen Lenkeinrichtung der ingangs beschriebenen Art unter Beibehaltung der genauen Zuordnung zwischen der Stellung des Lenkhandrades und der zu lenkenden Organe zu verhindern, daß die vom Arbeitsmotor bewegten Teile gegen mechanische Anschläge auftreffen, ohne daß hierdurch Störungen im hydraulisehen Kreis auftreten und ohne daß eine rasche Rückbewegung aus der Endlage verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Endlage des Arbeitsmotors eine Endlagenschaltvorrichtung zugeordnet ist, daß ein Kurzschlußpfad zwischen der Druckleitung der Pumpe und dem Tank mit einem Schaltventil vorgesehen ist, das bei Betätigung der Endlagenschaltvorrichtung öffnet, und daß eine druckabl.öngige Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Druck auf derjc aigen Seite des Arbeitsmotors, die bei einer Bewegung in Richtung auf die Endlagenschaltvorrichtung dem Zufluß dient, den Kurzschlußpfad derart beeinflußt, daß dieser nur beim Vorhandensein eines Drucks geöffnet ist.

Wenn bei dieser Ausbildung der Arbeitsmotor durch eine entsprechende Verstellung des Lenkhandrades sich einer seiner beiden Endlagen nähen, wird ein Kurzschlußpfad geöffnet, der vor dem Steuergerät zi>m Tank abzweigt Hierdurch sinkt zwar der Druck am Motor in aller Regel nicht bis auf Null; er ist aber genügend klein, um eine Weiterbewegung des \rbeitsmotors und der zu lenkenden Teile zu verhindern oder zumindest ein sehr sanftes Anlegen dieser Teile am Begrenzungsanschlag zu bewirken. Wenn das Steuei gerät auch in der Neutralstellung einen Kurzschlußpfad hat, treten in dem hydraulischen Kreis nur während einer tatsächlichen Verseilung des Arbeitsmotors die vollen Druckkräfte auf, beim Stillstand dagegen herrscht ein sehr viel geringerer Druck. Entsprechend gering ist die Pumpenleistung.

Da der Öffnungszustand des Kurzschlußpfades außerdem in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Drucks auf derjenigen Seite des Arbeitsmotors, die bei einer Bewegung in Richtung auf die Endlagenschaltvorrichtung dem Zufluß dient, gesteuert ist, ergibt sich eine rasche Rückbewegung aus der Endlage, wenn eine Lenkbewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgen soli. Wird nämlich dieser, gegebenenfalls sehr geringe, Zuflußdruck 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 entgegengesetzxen Richtung anläuft Damit wird auf einfache Weise sichergestellt, daß der Kurzschlußpfad nicht dauernd geöffnet bleibt, wenn das Fühlglied der Endlagenschaltvorrichtung einmal vom Arbeitsmotor oder mit ihm verbundenen Teilen verstellt worden war.

Eine ein Fahrzeug lenkende Person ist daran gewöhnt, daß das Ende des Lenkbereichs durch das Aufschlagen von bewegten Teilen auf einem mechanischen Anschlag gekennnzeichnet ist. Dieses Aufschlagen entfällt durch die Verwendung der Endlagenschaltvorrichtung. Trotzdem bleibt der lenkenden Person das »Aufschlag«-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.

Wenn aber das mit dem Meßmotor verbundene Nachlaufelement stehen bleibt, kann auch das mit dem Lenkhandrad verbundene Steuerelement nicht mehr weitergedreht werden.

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

Ein sehr einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die druckabhängige Vorrichtung ein Zusatzventil ist, das mit dem Schaltventil in Reihe liegt Es brauchen dann in der Endlagenschaltvorrichtung keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden.

Sehr günstig ist es ferner, wenn die druckabhängige Vorrichtung ein zur Steuerung des Schaltventils dienendes Pilotventil ist, in dessen Steuerleitung die als Steuerventil ausgebildete Endlagenschaltvorrichtung liegt Der auf das Pilotventil wirkende Druck in der Steuerleitung hängt einerseits von der Stellung der Endfagenschaltvorrichtung und andererseits vom Vorhandensein eines Drucks auf der einen Seite des Arbeitsmotors ab. Dies führt zu verhältnismäßig dünnen Steuerleitungen, während die für die Kurzschlußmenge ausgelegten Rohrleitungen kurz sein können. Außerdem können für die Endlagenschaltvorrichtung und das Schaltventil Star.Jur^-Ba^eile verwendet werden.

Bei einer hydraulischen Lenkeinrichtung mit einem Überdruckventil zwischen der Druckleitung der Pumpe und dem Tank kann das Überdruckventil einen weiteren Steuereingang haben und gleichzeitig als Schaltventil dienen. Dieses Überdruckventil erfüllt dann einerseits die übliche Funktion, den Maximaldruck der Pumpe zu begrenzen, und außerdem die Funktion des Schaltventils. Insbesondere kann hierbei der Steuereingang durch das Pilotventil mit dem Tank verbindbar sein.

Günstig ist es hierbei, wenn die Steuerleitung stromabwärts des Steuereingangs des Pilotventils über ein Drosselventil mit dem Tank verbunden ist. Dieses Drosselventil wird von Hand so eingestellt, daß bei geöffnetem Steuerventil in der Endlagenschaltvorrichtung ständig ein kleiner Leckstrom zum Tank fließt. Wegen dieses Leckstroms muß zwar das Lenkhandrad zur Aufrechterhaltung der Endlagenstellung des Arbfcitsmotors langsam weitergedreht werden. Bei einer Bewegungsumkehr des Lenkhandrades jedoch kann das Pilotventil und damit das Schaltventil sehr schnell schließen, so daß sich auf der anderen Seite des Arbeitsmotors ein rascher Druckaufbau ergibt

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist dafür gesorgt, daß die Endlagenschaltvorrichtung einen elektrischen Endlagenschalter und die druckabhängige Vorrichtung einen druckabhängigen elektrischen Schalter aufweisen und daß beide Schalter miteinander und mit einer elektromagnetischen Vorrichtung zur Auslösung des Schaltventils in Reihe liegen. Auch auf diese Weise ist die doppelte Abhängigkeit von der Betätigung der Endlagenschaltvorrichtung und dem Ansprechen der druckabhängigen Vorrichtung gewährleistet. Vorzugsweise steuert die elektromagnetische Vorrichtung ein Pilotventil, das seinerseits ein als Schaltventil dienendes Überdruckventil steuert. .

Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele naher erläutert. Es zeigt

Fig.l ein hydraulisches Schaltbild für e.ne erste Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 ein hydraulisches Schaltbild für eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 ein hydraulisches Schaltbild für eine dritte Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 ein elektrisches Schaltbild für die Ausführung der F i g. 3.

Bei der Ausführungsform der F i g. 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 ti verbinden das Steuergerät 5 mit einem Arbeitsmotor 12. Gelangt Druckflüssigkeit auf die erste Seite 13 des Arbeitsmotors, so wird der Kolben 14 und die Kolbenstange 15 nach oben verschoben, wobei die zweite Seite 16 des Arbeitsmotors 12 über die Leitung 11 mit der Abflußleilung 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 Schallventil 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 Druckverhäitnisse 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 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, beispeilsweise in Analogie zu der Darstellung in F i g. 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 F i g. 2 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet Es sind zwei gegensinnig bewegbare Arbeitsmotoren 12 und 12' vorgesehen. Die zum Arbeitsmoior 12' gehörenden Teile sind jeweils mit einem Apostroph gekennzeichnet. Bei dieser Ausführungs· form ist ein Kurzschlußpfad 23 vorgesehen, in welcher 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 wird. 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

ίο einem Druckbetätigungsorgan führt. Mit diesem Steuereingang 31 sind Steuerleitungen 32 bzw. 32' verbunden, die an die Druckseiten 13 bzw. 13' der Arbeitsmotoren 12 bzw. 12' angeschlossen sind und je ein Steuerventil 33 bzw. 33' enthalten, das einen Teil der Endlagenschaltvorrichtung 17 bzw. 17' bildet. Des weiteren ist der Steuereingang 31 über ein Drosselventil 34 mit dem Tank 2 verbunden.

Im Retrieb 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, 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

.15 Richtung bewegt, wird der Druck auf der ersten Seite 13 des Arbeitsmotors 12 und damit auch am Steuerein gang 31 durch das Steuergerät 5 entlasset. Das Pilot ventil 28 und das Schaltventil 25 schließen. Bei der nun anschließenden Bewegung der Arbeitsmotoren in der entgegengesetzten Richtung steht sofort der volle Druck zur Verfugung. Die Arbeitsbewegung 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 F i g. 3 werden für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 verwendet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Endlagenschaltvorrichtung 17 mit einem elektrischen Kon takt 35 versehen. Die Zuleitung 10 ist mit einem druck abhängigen Schalter 36 verbunden. Das Pilotventil 28 trägt eine elektromagnetische Auslösevorrichtung 37. Die beiden Schalter 35 und 36 sowie die elektromagnetische Auslösevorrichtung 37 sind, wie F i g. 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 der Endlagenschaltvorrichtung 17 erreicht wobei auch die Zuleitung 10 Druck führt ist der Stromkreis zur Auslösevorrichtung 37 geschlossen. Das Pilotventil 28 öffnet wie in F i g. 2 auch das Schaltventil 25.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Lenkeinrichtung mit einer kontinuierlich arbeitenden Pumpe, einem die zu lenkenden Teile verstellenden Arbeitsmotor, einem vom Lenkhandrad verstellbaren Steuergerät, daß die Pumpe 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 ein mit einem Lenkhandrad verbundenes Steuerelement und ein mit einem Meßmotor verbundenes Nachlaufelement aufweist, die um ein begrenztes Stück gegeneinander verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlage des Arbeitsmotors (12) eine Endlagenschaltvorrichtung (S7) zugeordnet ist, daß ein Kurzschlußpfad (20,23) zwischen der Druckleitung (3) der Pumpe (1) und dem Tank (2) mit einem Schaltventil (19, 25) vorgesehen ist, das bei Betätigung der Endlagenschaltvorrichtung öffnet, und daß eine druckabhängige Vorrichtung (21, 28, 36) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Druck auf derjenigen Seite des Arbeitsmotors (12, 12'), die bei einer Bewegung in Richtung auf die Endlagenschaltvorrichtung dem Zufluß dient, den Kurzschlußpfad derart beeinflußt, daß dieser nur beim Vorhandensein eines Drucks geöffnet ist.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (19) Teil der Endlagenschaltvorrichtung (17) ist

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die druckabhängige Vorrichtung ein Zusatzventil (21) ist, das mit dem Schaltventil (19) in Reihe liegt.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckabhängige Vorrichtung ein zur Steuerung des Schaltventils (25) dienendes Pilotventil (28) ist, in dessen Steuerleitung (32) die als Steuerventil (33) ausgebildete Endlagenschaltvorrichtung (17) liegt.

5. Lenkeinrichtung mit einem Überdruckventil zwischen der Druckleitung der Pumpe und dem Tank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß da« Überdruckventil einen weiteren Steuereingang (30) hat und gleichzeitig als Schaltventil (25) dient.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (32) stromabwärts des Steuereingangs (31) des Pilotventils (28) über ein Drosselventil (34) mit dem Tank (2) verbunden ist.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlagenschaltvorrichtung (17) einen elektrischen Endlagenschalter (35) und die druckabhängige Vorrichtung einen druckabhängigen elektrischen Schalter (36) aufweisen und daß beide Schalter miteinander und mit einer elektromagnetischen Vorrichtung (37) zur Auslösung des Schaltventils (25) in Reihe liegen.

8. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Vorrichtung (37) ein Pilotventil (28) steuert, das seinerseits ein als Schaltventil (25) dienendes Überdruckventil steuert.

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 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 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 beispeilsweise 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 Dfuckmittelmenge feststellenden Meßmotor verbunden ist, aufweisen. Die beiden Drehschieberhülsen bilden gemeinsam ein Umschaltventil, das durch Federn in einer Neutralstellung gehallen 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 von der Pump«· über den Meßmotor zu der einen Seite des Arbeitsmotors und von dessen anderer Seite zurück zum Tank bzw. umgekehrt fließen lassen.