DE2716868A1

DE2716868A1 - Druckmittelsteuereinrichtung fuer zwei ueber je einen steuerzweig versorgte, hydraulische stellvorrichtungen, von denen die eine insbesondere durch eine lenkeinrichtung eines kraftfahrzeuges gebildet ist

Info

Publication number: DE2716868A1
Application number: DE19772716868
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Liebert; Werner Tischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-04-16
Filing date: 1977-04-16
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2716868C2; FR2387365B1; US4174018A; SE436559B; SE7804133L; FR2387365A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelsteuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Druckmittelsteuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei dem die Lenkeinrichtung und eine zusätzliche Stellvorrichtung zu steuern sind, ist aus der DT-OS 1 550 625 bekannt. Bei dieser Steuereinrichtung sorgt das Stromteilventil dafür, daß der von ihm gelieferte Pilotstrom durch eine innere Umschaltung im Stromteilventil auf den Arbeitsstrom angehoben wird. Das Stromteilventil ist zu diesem Zweck mit einem Zusatzventil versehen, das eine Umschaltung in dem Sinne vornimmt, daß eine im Stromteilventil enthaltene Drossel von einem geringen Querschnitt, der für den Pilotstrom zuständig ist, auf einen größeren Querschnitt umgeschaltet wird, der die Zuführung des Arbeitsstromes gestattet. Durch diese Schaltung wird erreicht, daß der zweiten Stellvorrichtung ein möglichst großer Reststrom zur Verfügung steht, der bei Nichtbetätigung der ersten Stellvorrichtung nur um die Größe des relativ kleinen Pilotstromes vermindert ist. Wird dann die erste Stellvorrichtung betätigt, so sorgt das Stromteilventil aufgrund seiner Bevorzugung des zu der ersten Stellvorrichtung führenden Stromzweiges dafür, daß die erste Stellvorrichtung ausreichend mit einem Druckmittelstrom versorgt wird, der von dem Reststrom für die zweite Stellvorrichtung abgezweigt wird, auch dann, wenn diese an sich ihren maximalen Druckölstrom anfordert.

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Im Falle der Anwendung bei einem Kraftfabrzeug, das mit einer ersten Stellvorrichtung als Servo-Lenkung und mit einer zweiten Stellvorrichtung beispielsweise, einem Bagger, ausgestattet ist, bedeutet dies, daß während der Nicht benutzung der Lenkung die volle Leistung der Hochdruckölpumpe, abgesehen von der geringen Reduzierung durch die Abzweigung des Pilotstromes, für die Betätigung des Baggers zur Verfügung steht, die nur dann gemindert wird, wenn zusätzlich die Lenkung betätigt wird. Auf diese Weise kommt man zu einer relativ sparsamen Dimensionierung der Druckölpumpe, da diese nämlich nur auf die von dem Bagger angeforderte Hydraulik-Leistung auszulegen ist. Dabei kann eine momentane Minderleistung des Baggers infolge gleichzeitiger Betätigung der Lenkung ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sich hierbei nur eine mit geringeren Geschwindigkeit ablaufende Baggerbewegung ergibt, und dies auch nur dann, wenn, wie gesagt, die Lenkung gleichzeitig betätigt wird.

Es hat sich gezeigt, daß die Ausstattung des Stromteilventils mit dem Zusatzventil zu Schwierigkeiten führen kann, da die Steuerung durch das Zusatzventil zu unerwünschten Druck schwingungen führen kann. Darüberhinaus stellt bei entsprechender Umschaltung des Zusatzventiles dieses sofort der Servo-Lenkung dessen maxi mal benötigten Druckölstrom zur Verfügung, da für die betreffende Betriebsphase die maximale Lenkgeschwindigkeit einkalkuliert werden muß. Wird in einem solchen Fall nun die Lenkung nur langsam betätigt, so wird also dem Reststrom ein

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Anteil entzogen, der von der Servo-Lenkung gar nicht verbraucht wird, und dem Reststrom verloren geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Druckmittelsteuereinrichtung so zu gestalten, daß einerseits die erwähnten Druckschwingungen nicht auftreten können und die erste Stellvorrichtung jeweils nur mit dem Druckölstrom versorgt wird, der jeweils in Abhängigkeit von der Betätigung dieser Stellvorrichtung von dieser gerade benötigt wird. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Durch die Abzweigung vor dem Stromteilventil kann sich die erste Stellvorrichtung jeweils so viel Drucköl gewissermaßen anfordern, wie sie im Bedarfsfall benötigt, ohne daß dabei das bei der bekannten Druckmittel-Steuereinrichtung mit eingeschaltete Stromteilventil aufgrund seiner Wirkung der Konstanthaltung des von ihm gelieferten Teilstromes die entscheidende Rolle spielt. Das Stromteilventil liefert lediglich den relativ kleinen Pilotstrom, der noch dazu im Falle der Anregelung von Arbeitsdruck über den Pilotstrom durch das der ersten Stellvorrichtung vorgeschaltete Steuerventil dem Arbeitsstrom für die erste Stellvorrichtung zugeleitet wird. Für die zweite Stellvorrichtung bleibt also in jedem Falle ein solcher Druckölstrom übrig, wie er von der ersten Stellvorrichtung nicht benötigt wird.

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Die Umschaltung des Pilotstromes vom Rücklaufbehälter in der Neutralstellung zur ersten Stellvorrichtung in der Arbeitsstellung des Steuerventils kann man im Steuerventil selbst vornehmen, es ist aber auch möglich, für die Zuführung des Pilotstromes zu dem Arbeitsstrom vor dem Steuerventil zwischen dem den Arbeitsstrom zuleitenden Abzweig und der den Pilotstrom führenden Zuleitung ein Rückschlagventil einzuschalten, das in Richtung von der Zuleitung für den Pilotstrom zum Abzweig für den Arbeitsstrom durchlässig ist. In diesem Falle entlastet man die Konstruktion des Steuerventils von der Notwendigkeit der direkten Umschaltung des Pilotstromes durch das Steuerventil. Man nutzt hierzu eine Verbindung zwischen der Zuführung des Pilotstromes vor dem Steuerventil und dem den Arbeitsstrom zuleitenden Abzweig aus, in die lediglich das Rückschlagventil einzusetzen ist, damit in der Neutralstellung des Steuerventils von dem Abzweig her Drucköl nicht über die erwähnte Verbindung zu der Zuführung für den Pilotstrom fließen kann, welche Zuführung nämlich in dieser Stellung an den Rücklauf behält er angeschal tet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die hydraulische Schaltung eines Kraftfahrzeuges mit einer Servo-Lenkung als erste Stellvorrichtung und einem für die Betätigung eines nicht dargestellten Baggers dienenden Stellmotor als zweite Stellvorrichtung, wobei das Steuerventil in der Normallage gezeichnet ist, 80984?/0420

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Pig. 2 die gleiche hydraulische Schaltung, bei der das Steuerventil in der einen Extremlage gezeichnet ist.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten hydraulischen Schaltung ist der Rücklaufbehälter 1 vorgesehen, aus dem die Hochdruckölpumpe 2 Drucköl bezieht. Die Hochdruckölpumpe 2 läuft beim Betrieb der Schaltung ständig und liefert daher stets eine bestimmte Menge Drucköl. An die Hochdruckölpumpe 2 ist das Stromteilventil 3 angeschlossen, bei dem es sich um ein bekanntes, handelsübliches Bauteil handelt. Die besondere Eigenschaft des Stromteilventils 3 besteht darin, daß es von dem ihm von der Hochdruckölpumpe 2 zugeführten Ölstrom über seinen Stromzweig 4 einen bestimmten, im wesentlichen konstant gehaltenen Teilstrom T abzweigt. Dieser praktisch konstant gehaltene Teilstrom T geht von dem dem Stromteilventil 3 zugeführten Druckölstrom ab, so daß in dessen Stromzweig 5 ein entsprechender Reststrom R fließt. Im Falle der Anwendung der dargestellten hydraulischen Schaltung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Servo-Lenkung als erste Stellvorrichtung und einer einen Bagger betätigenden zweiten Stellvorrichtung kann der Teilstrom T 5 l/Min und der Reststrom R demnach maximal 145 l/Min betragen. Der Reststrom R wird einerseits dem Überdruckventil 6 als auch dem Betätigungsventil 7 zugeführt, das in der Neutralstellung dargestellt ist, so daß es über den Kurzschluß 8 das ihm zugeführte Drucköl dem

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Rücklaufbehälter 1 zuführt. Über den Kurzschluß 8 fließt also der volle Reststrom R. Das Überdruckventil 6 ist vorgesehen, um in einer Extremstellung des Betätigungsventils 7 den Arbeitsdruck der zweiten Stellvorrichtung zu begrenzen. An das Betätigungsventil 7 ist in bekannter Weise eine als Stellmotor wirkende Kolben-Zylinder-Einheit angeschlossen, die als Stellmotor für einen nicht dargestellten Bagger dient. Die KoIb en-Zylinder-Einheit 9 stellt damit die zweite Stellvorrichtung dar (auf die erste Stellvorrichtung wird weiter unten näher eingegangen). Auf die Betätigung und die Betriebsweise des Betätigungsventils 7 und die Kolben-Zylindereinheit 9 braucht in diesem Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden, da es sich hierbei um bekannte Bauelemente und bekannte Betriebsweisen handelt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 9 ist so dimensioniert, daß sie im Falle maximaler Belastung gerade mit dem vollen Reststrom R (gemäß dem angegebenen Beispiel also 145 1 pro Minute) auskommt.

Der von dem Stromteilventil 3 gelieferte Teilstrom T dient als Pilotstrom für das Steuerventil 10, dem der Teilstrom T bzw. Pilotstrom über die Zuleitung 11 zugeführt wird. In der dargestellten Neutral stellung des Steuerventils 10 fließt der Teilstrom T bzw. Pilotstrom über den Steuerkanal 12 und die Leitung 13 zurück zum Rücklauf behälter 1, so daß also für den

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Teilstrom T bzw. Pilotstrom eine Kurzschlußverbindung existiert, Zwischen dem Stromzweig 4 und die Leitung 13 ist das Überdruckventil 14 geschaltet, daß wie das bereits erwähnte Überdruckventil 6 den Arbeitsdruck der ersten Stellvorrichtung begrenzt. An das Steuerventil 10 ist einerseits die Dosiereinrichtung 15 und andererseits die Kolben-Zylinder-Einheit angeschlossen, wobei es sich um bekannte Bauelemente einer Servolenkung handelt. An die Dosiereinrichtung 15 ist direkt das Lenkhandrad 17 des betreffenden Kraftfahrzeuges angeschlossen, die KoIben-Zylinder-Einheit 16 betätigt über das nur prinzipiell dargestellte Hebelgestänge die Lenkung des Fahrzeuges, angedeutet durch das Rad 18. Die Kolben-Zylinder-Einheit 16 stellt dabei die erste Stellvorrichtung dar. Bei der Dosiereinrichtung 15 und der Kolben-Zylinder-Einheit 16 handelt es sich um bekannte Bauelemente einer Servolenkung, durch die dafür gesorgt wird, daß bei entsprechender Verstellung des Steuerventils 10 die Kolben-Zylinder-Einheit jeweils von der richtigen Seite her dosiert Drucköl zugeführt bekommt, um zu der gewünschten Einstellung der Lenkung zu gelangen. In der dargestellten Neutrabtellung des Steuerventils 10 fließt nur Drucköl über den Steuerkanal 12, der in dem vorstehend erwähnten Kurzschluß für den Teilstrom T bzw. Pilotstrom liegt.

In der Fig. 2 ist die gleiche hydraulische Schaltung dargestellt wie in der Fig. 1, jedoch mit einem in einer Extrem-

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stellung liegenden Steuerventil 10. Diese dargestellte Extremstellung ergibt sich aufgrund einer Verdrehung des Lenkhandrades 17, bei der in bekannter Weise zwei Ventilelemente gegen einander verschoben werden. Diese Art der Steuerung einer Servolenkung ist bekannt, so daß in diesem Zusammenhang hierauf nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die beiden Ventilelemente werden durch das Steuerventil 10 gebildet. Durch die aus der Neutral stellung gemäß Fig. 1 in die Extrematellung gemäß Fig. 2 erfolgte Verstellung des Steuerventils 10 wird einerseits eine Umschaltung des Teilstromes T bzw. Pilotstromes vorgenommen, der nämlich nunmehr über das Rückschlagventil 19 (dessen Funktion weiter unten näher erläutert wird) zu dem Steuerkanal 20 gelangt. Der Steuer kanal 20 erhält außerdem über den Abzweig 21, der zwischen Hochdruckölpumpe und Stromteilventil 3 abzweigt, Drucköl. In der Neutralstellung des Steuerventils 10 gemäß Fig. 1 konnte über den Abzweig 21 kein Drucköl fließen, da es einerseits durch die in Fig. 1 dargestellte Lage des Steuerventils 10 in diesem abgesperrt war, andererseits durch das Rückschlagventil 19 gehindert war, in den Steuerkanal 12 und damit zu dem Rticklaufbehälter 1 abzufließen. Diese Verhinderung des Abflusses von Drucköl durch das Rückschlagventil 19 im Falle der Darstellung gemäß Fig. 1 ist vor allem dann erforderlich, wenn die Kolben-Zylinder-Einheit 9 als zweite Stellvorrichtung zu ihrer Betätigung Drucköl anfordert, wobei sich nämlich ausgehend

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von der Hochdruckölpumpe 2 hinter dieser ein Druck aufbaut, der zur Betätigung der ZoIben-Zylinder-Einheit 9 führt. Dieser Druck steht in voller Höhe an dem Abzweig 21, so daß bei Fehlen des Rückschlagventils 19 das in dieser Betriebsphase dem Abzweig 21 zugeführte Drucköl sofort über den Steuerkanal 12 zu dem Rücklauf behält er 1 abfließen würde. Eine Betätigung der Kolben-Zylinder-Einheit 9 käme dann nicht zustande.

Wie oben dargelegt, erhält der Steuerkanal 20 in der in der Pig. 2 dargestellten Extremlage des Steuerventils 10 Drucköl als Arbeitsstrom A sowohl über den Abzweig 21 als auch über das Rückschlagventil 19 von der Zuleitung 11, wobei in der betreffenden Richtung das Rückschlagventil 19 durchlässig ist. Über den Steuerkanal 20 fließt nun insgesamt so viel Drucköl, wie von der Dosiereinrichtung 15 aufgenommen wird, die das ihr zugeführte Drucköl über den Steuerkanal 22 der Druckseite der KoIb en-Zylinder-Einheit zuführt und damit deren Kolben 23 nach rechts verstellt. Aus der druckentlasteten Seite der Kolben-Zylinder-Einheit fließt das Drucköl über den Steuerkanal 24 ab zur Leitung 13, die das Drucköl dann dem Rücklaufbehälter 1 zuführt. Unter Zugrundelegung eines Kraftfahrzeuges mit Druckölströmen gemäß oben angegebenem Beispiel würde sich bei schnellster Betätigung des Lenkrades 17 ein maximaler Arbeitsstrom Avon 45 l/Min einstellen , zu dem die oben bereits erwähnten 5 l/Min, die den

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Teilstrom T bzw. Pilotstrom darstellen, kommen, so daß bei extrem schneller Betätigung des Lenkrades 17 die betreffende Servo-Lenkung mit 50 l/Min Druck öl gespeist wird.

Wenn nun in der in der Fig. 2 dargestellten Extremstellung des Steuerventils 10 durch die Kolben-Zylinder-Einheit 9 Drucköl aufgenommen wird, so kann dieses Drucköl als Reststrom R nur maximal in einer solchen Menge geliefert werden , die der maximalen Förderung der Hochdruckölpumpe 2 abzüglich des Arbeitsstromes A und des Teilstromes T entspricht. Bei dem erläuterten Beispiel liefert die Hochdruckölpumpe 2 maximal 150 l/Min, der Arbeitsstrom A beträgt maximal 45 l/Min und der Teilstrom T 5 l/Min. In diesem Falle verbleiben also als Reststrom noch 100 l/Min. Mit diesem Reststrom R muß in der betrachteten Arbeitsphase die Kolben-Zylinder-Einheit 9 als zweite Stellvorrichtung auskommen. Sie bekommt aber auch niemals weniger, da der maximale Verbrauch in der Servo-Lenkung durch den maximalen Durchsatz der Dosiervorrichtung 15 bestimmt ist. Wenn nun das Handlenkrad 17 entsprechend langsam verdreht wird, ergibt sich in der Dosiervorrichtung 15 auch ein entsprechend geringer Durchsatz, der sich voll im Arbeitsstrom A auswirkt (nicht im Teilstrom T bzw. Pilotstrom, da dieser von dem Stromteilventil 3 im wesentlichen konstant gehalten wird). Eine

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derartige (und meist auch zu erwartende) Verringerung des Arbeitsstromes A kommt sofort dem Reststrom R zugute, so daß also die Kolben-Zylinder-Einheit 9 nur in extremen Betriebsphasen mit einer wesentlich verringerten Zufuhr von Drucköl auskommen muß. Dabei ergibt sich lediglich eine Verlangsamung der Betätigung der KoIben-Zylinder-Einheit 9 nicht aber etwa deren Außerbetriebsetzung oder irgendeine Beeinträchtigung ihrer Punktion.

In der in der Fig. 1 dargestellten Neutrallage des Steuerventils 10 steht also der KoIben-Zylinder-Einheit 9 der volle von der Hochdruckölpumpe 2 gelieferte Druckölstrom zur Verfügung, lediglich gemindert um den Teilstrom T bzw. Pilotstrom, der bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel lediglich 5 l/Min beträgt, so daß die KoIben-Zylinder-Einheit 9 maximal einen Reststrom von 145 l/Min erhalten kann. Da es sich bei diesem Reststrom R sowieso umpie extreme Belastung der KoIb en-Zylinder-Ein he it 9 handelt, zu der nur in Ausnahmefällen eine starke Belastung der Servo-Lenkung hinzukommt, genügt es, die Hochdruckölpumpe 2 nur für diesen betrachteten Reststrom R zuzüglich des relativ kleinen Pilotstromes T (also gemäß Ausführungsbeispiel 150 l/Min) zu dimensionieren. Es ist also nicht nötig, bei der Dimensionierung der Hochdruckölpumpe 2 zusätzlich noch den Bedarf der Servo-Lenkung zu berücksichtigen.

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Aus den Figuren 1 und 2 geht noch die zur Darstellung in Fig. 2 entgegengesetzte Extremlage des Steuerventils 10 hervor. Die Wirkungsweise dieser entgegengesetzten Extremlage entspricht völlig der Darstellung zu Fig. 2, lediglich mit der Massgabe, daß die Kolben-Zylinder-Einheit 16 in umgekehrter Richtung beaufschlagt vird.

7. 4. 1977
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Claims

ZAHNRADFABRIK PRIEDRICHSHAFEN Akt ien ge seiIs chaft Friedrichshafen

Druckmittelsteuereinrichtung für zwei über je einen Steuerzweig versorgte, hydraulische Stellvorrichtungen, von denen die eine insbesondere durch eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges gebildet ist

Patentansprüche

U .^ Druckmittelsteuereinrichtung für zwei über je einen Stromzweig versorgte hydraulische Stellvorrichtungen, von denen die eine insbesondere durch eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeuges gebildet ist, bei der unter Zwischen sch en schaltung eines in dem einen Stromzweig bevorzugt einen im wesentlichen konstanten Teilstrom aufrecht erhaltenden Stromteilventils von einer gemeinsamen Hochdruckölpumpe die erste Stellvorrichtung, im Falle eines Kraftfahrzeuges die Lenkeinrichtung, mit dem konstanten Teilstrom gespeist und der Reststrom der zweiten Stellvorrichtung zugeleitet wird, wobei der Teilstrom einen kleinen, der Anregelung des Arbeitsdruckes dienenden Pilotstrom

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bildet, der bei seiner Drosselung den Zufluß eines den Reststrom entsprechend verringernden Arbeitsstromes für die erste Stellvorrichtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsstrom (A) vor dem Stromteilventil (3) abgezweigt und einem der ersten Stellvorrichtung (16) vorgeschalteten Steuerventil (10) zugeführt wird, das in der Neutralstellung den Pilotstrom (T) auf einen Rücklauf behälter (1) schaltet und den Arbeitsstrom (A) sperrt, dagegen in einer Arbeitsstellung den Pilotstrom (T) sperrt und den Arbeitsstrom (A) der ersten Stellvorrichtung (16) zuführt, wobei in dieser Arbeitsstellung der Pilotstrom (T) unter der Wirkung des Steuerventils (10) dem Arbeitsstrom (A) zugeleitet wird.
2. Druckmittelsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung des Pilotstromes (T) zu dem Arbeitsstrom (A) vor dem Steuerventil (10) zwischen dem den Arbeitsstrom (A) zuleitenden Abzweig (21) und der den Pilotstrom (T) führenden Zuleitung (11) ein Rückschlagventil (19) eingeschaltet ist, das in Richtung von der Zuleitung (11) für den Pilotstrom (T) zum Abzweig (21) für den Arbeitsstrom (A) durchlässig ist.

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