DE2733128A1

DE2733128A1 - Hydrostatische zweikreis-lenkanlage

Info

Publication number: DE2733128A1
Application number: DE19772733128
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad Liebert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-07-22
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DK146529B; DE2733128B2; DE2733128C3; DK309978A; US4184332A; DK146529C

Description

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Stand der Technik

Eine hydrostatische Zweikreis-Lenkanlage der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art ist aus der DT-OS 15 55 198 bekannt. Bei Ausfall des einen Kreises soll die Lenkbarkeit des Fahrzeuges durch den anderen Kreis erhalten bleiben.

Die Hand- und Dosierpumpen (kurz "H+D-Pumpen" genannt) derartiger hydrostatischer Lenkanlagen wirken bei Betrieb ohne hydraulische Hilfskraft als von der Betätigungseinrichtung angetriebene Pumpen, also normalerweise als Handpumpen, dagegen bei Betrieb mit hydraulischer Hilfskraft als Dosiereinrichtungen, die je nach Verstellung der Betätigungseinrichtung den Stellmotoren mehr oder weniger Druckflüssigkeit zuführen.

Bei der oben erwähnten bekannten Zweikreis-Lenkanlage dienen als H+D-Pumpen die beiden Pumpenelemente einer zweiflutigen Innenzahnradpumpe. Bei Verstellung der Steuerventile von der Betätigungseinrichtung her werden die Ausgangsseiten der Pumpenelemente mit je einem Druckraum eines der beiden Stellmotoren verbunden, die mechanisch miteinander gekuppelt sind. Dagegen wirkt die Druckquelle auf die jeweiligen Eingangsseiten der beiden Pumpenelemente, während die druckentlasteten Räume beider Stellmotoren mit dem Flüssigkeitsablauf verbunden sind. Es sind also in jeder Wirkstellung der Steuerventile zwei voneinander getrennte Hydraulikkreise vorhanden, die Je ein Pumpenelement und je einen Druckraum eines der beiden Stellmotoren einschließen, während in der neutralen Mittel-

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Stellung der Steuerventile sowohl die Druckräume beider Stellmotoren, wie auch die Anschlüsse beider Pumpenelemente abgesperrt sind.

Bei dem in der erwähnten DT-OS dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Hydraulikkreise nicht vollständig voneinander getrennt. Bei einem Bruch der besonders gefährdeten Leitungsverbindung zum Stellmotor kann infolgedessen die Lenkbarkeit des Fahrzeugs nur eine begrenzte Zeit aufrechterhalten bleiben, nämlich bis der ölvorrat durch das an der Bruchstelle auftretende Drucköl erschöpft ist.

In der genannten DT-OS ist zwar auf Seite 2, Absatz 3, erwähnt, daß im Extremfall zwei Anlagen üblicher Bauart miteinander kombiniert werden können, womit gemeint sein soll, daß getrennte Pumpen und getrennte Flüssigkeitsbehälter verwendet werden sollen. Eine derartige vollständige Trennung beider Kreise führt Jedoch zu Schwierigkeiten, da die mit der .Betätigungseinrichtung drehfest gekuppelten und synchron angetriebenen Pumpen durch Fertigungstoleranzen zwangsläufig voneinander abweichende EÖrdervolumina haben. Hinzu kommen unterschiedliche Fördervolumina der beiden Stellmotoren, wenn sie nicht-ausgeglichene Kolbenflächen haben und symmetrisch zueinander angeordnet sind. Infolgedessen eilt im Betrieb einer der Lenkkreise gegenüber dem anderen vor, wodurch sich beide Kreise hydraulisch-mechanisch gegeneinander verriegeln.

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Aufgabe und Lösung

Durch die vorliegende Erfindung soll eine hydrostatische Zweikreis-Lenkanlage für Fahrzeuge geschaffen werden, die zwei vollständig voneinander getrennte hydraulische Kreise hat, deren jeder unter anderem eine Druckquelle und einen Stellmotor beinhaltet und wobei dafür gesorgt sein soll, daß die die Funktion behindernde hydraulische Verriegelung nicht eintritt. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.

Durch das Ausgleichsgetriebe wird eine unterschiedliche Antriebsgeschwindigkeit beider Pumpen ermöglicht, und zwar entsprechend der Differenz der Fördervolumina beider Pumpen und der Differenz der Hubvolumina beider Stellmotoren. Eine hydraulische Verriegelung wird hierdruch mit Sicherheit ausgeschlossen.

Wird der eine Kreis,z.B. durch Abreißen einer Leitung drucklos, so würde ohne besondere Vorkehrungen die H+D-Pumpe des anderen Kreises infolge der Wirkung des Ausgleichsgetriebes keinen Antrieb mehr erhalten und dann nicht mehr in der Lage sein, das zugehörige Steuerventil gegen dessen Rückstellfeder umzuschalten. Ohne die Umschaltung könnte der verbleibende Kreis aber nicht wirksam werden. Durch die Zusatzvorrichtung, die sehr unterschiedliche Formen haben kann, wird auch in diesem Falle noch für einen ausreichenden Antrieb der H+D-Pumpe des intakten Kreises gesorgt.

Weiterbildungen der Erfindung

Prinzipiell könnte man ein Ausgleichsgetriebe herkömmlicher Bauart zwischen die Betätigungseinrichtung und zwei getrennte Pumpen einschalten und würde dann die beabsichtigte Wirkung

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erzielen. In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird jedoch eine konstruktiv weniger aufwendige Lösung geschaffen, nämlich dadurch, daß die beiden H+D-Pumpen Bestandteile des Ausgleichsgetriebes sind, so daß kaum mehr baulicher Aufwand erforderlich ist als für die Herstellung zweier H+D-Pumpen.

Gemäß einer Weiterbildung nach Anspruch J5 werden die Steuerbüchsen der beiden Pumpen, die normalerweise nur eine Steuerfunktion haben, jetzt gemeinsam als Welle, also einem Drehmoment übertragenden Bauteil ausgestaltet, wodurch sich der Aufbau der Einheit aus Ausgleichsgetriebe und Pumpen weiter vereinfacht.

Die Zusatzvorrichtung, die beim Druckverlust des einen Kreises für einen ausreichenden Antrieb der H+D-Pumpe des anderen Kreises zum Umschalten des Steuerventils sorgt, könnte eine Rutschkupplung sein, die in jedem Falle für die Übertragung eines ausreichenden Drehmoments zwischen beiden H+D-Pumpen sorgt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 wird das gleiche jedoch durch hydraulische Mittel in eleganterer und weniger energieverzehrender Weise erreicht, nämlich durch Anordnung spezieller Rückschlagventile an den Steueröffnungen der beiden Verdrängerzellenpumpen. Sinkt in dem einen Kreis durch Bruch einer Leitung der Druck auf Null ab, so kann an keinem der Steuerausgänge der zugehörigen Pumpe Flüssigkeit austreten, bevor von der anderen Pumpe der erforderliche Druck zum Verschieben des Steuerventils aus seiner Zentralstellung heraus aufgebracht worden ist. Die Anlage bleibt also auch mit einem Kreis trotz des Ausgleichsgetriebes voll funktionsfähig.

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Erläuterung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert:

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer hydrostatischen Zweikreis-Lenkanlage nach der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung eines hydraulisch wirkenden Ausgleichsgetriebes mit zwei Kolbenpumpen .

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch ein mit zwei Verdrängerzellenpumpen kombiniertes Ausgleichsgetriebe nach der Erfindung.

Fig. 4 und 5 sind Querschnitte nach den Linien IV-IV und V-V in Figur J>.

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Figur 1 zeigt die Lenkachse 1 eines Fahrzeugs mit zwei Lenk- und Spurstangenhebeln 2, die duroh eine Spuretange 3 miteinander verbunden sind, sowie den beiden Stellmotoren k, die auf die Lenk- und Spurstangenhebel 2 einwirken und sich an der Lenkachse 1 abstützen. Die Bezugszeichen sind meist nur in den einen hydrostatischen Kreis der Anlage eingezeichnet und gelten dann auch für den anderen Kreis.

In jedem Kreis sind ein Ausgleichsbehälter 6 für die Flüssigkeit, eine Hochdruckpumpe 8, ein Überdruckventil 10 und ein Rückschlagventil 12 vorgesehen. Die hier als Verdrängerzellenpumpen ausgestalteten H+D-Pumpen sind als Ganzes mit 14 und 15 bezeichnet. Sie haben Steueröffnungen und l6a, die in der dargestellten Zentralstellung der Steuerventile l8 mit den beiden Arbeitsräumen der Stellmotoren k verbunden sind, während der Ausgang der Hochdruckpumpe 8 auf eine Ablaufleitung 20 zum Ausgleichsbehälter 6 geschaltet ist.

Durch Betätigung der Verdrängerzellenpumpen 14, 15 derart, daß z.B. ihre Steuerausgänge 16 Druck erhalten, werden die Steuerventile 18 entgegen ihren Rückstellfedern 22a verstellt, so daß Druckflüssigkeit von den Hochdruckpumpen 8 zu den Steueranschlüssen l6a strömt. Im Maße der Zudosierung durch die Verdrängerzellenpumpen strömt Druckflüssigkeit aus den Steueröffnungen 16 zum einen Arbeitsraum der Stellmotoren und aus dem anderen Arbeitsraum zur Ablaufleitung 20.

Beide Verdrängerzellenpumpen 14, 15 sind über ein Ausgleichsgetriebe miteinander und mit der Betätigungseinrichtung, z.B. dem Lenkhandrad verbunden, so daß bei Betätigung des

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Lenkhandrades die eine Pumpe gegenüber der anderen entsprechend den unterschiedlichen Fördervolumina etwas vor eilen kann.

Um zu verhindern, daß beim Bruch einer Leitung des einen Kreises die Pumpe des anderen Kreises infolge Durchdrehens ihres Ausgleichsgetriebes nicht mehr angetrieben werden kann, sind Rückschlagventile 24 und 24a an den Steueröffnungen der Verdrängerzellenpumpen vorgesehen. Die Rückschlagventile haben eine Ventilkugel 25, die bei einer Strömung in Richtung der Pfeile 26 schließt, in Gegenrichtung jedoch ohne weiteres öffnet. Der Ventilsitz ist in einer Hülse 28 vorgesehen, die gegen eine Druckfeder 30 in Richtung des Pfeils 26 verschiebbar ist. Innerhalb der Druckfedern ist ein Öffnungsstift fest angebracht. Infolgedessen öffnen die Rückschlagventile, sobald ein Druckgefälle in Richtung des Pfeils eine bestimmte Größe überschreitet. Die Druckfedern der Rückschlagventile und die Rückstellfedern 22 und 22a der Steuerventile sind so aufeinander abgestimmt, daß beim vollständigen Druckabfall im einen Kreis das Rückschlagventil 24 oder 24a der Förderseite der zuge hörigen Verdrangerzellenpumpe in Richtung des Pfeils erst bei einem Förderdruck öffnen kann, der größer ist als der Stützdruck in der anderen Verdrangerzellenpumpe, der zum Verstellen des Steuerventils gegen eine seiner Rückstellfedern erforderlich ist. Infolgedessen wird das Steuerventil des intakten Kreises mit Sioherheit von der zugehörigen Verdrangerzellenpumpe aus seiner Zentralstellung in Arbeitsstellung gebracht.

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Ausgleichsgetriebe

Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Verdrängerzellenpumpen und der unterschiedlichen Kolbenflächen der beiden Stellmotoren 4 werden die beiden Verdrängerzellenpumpen 14, 15 über ein Ausgleichsgetriebe angetrieben. Man könnte für diesen Zweck auch ein normales, mechanisches Ausgleichsgetriebe verwenden, das einen Antrieb der beiden Verdrängerzellenpumpen von der Lenkspindel her mit unterschiedlichen Drehzahlen ermöglicht.

Der bauliche Aufwand läßt sich jedoch dadurch wesentlich verringern, daß die beiden Verdrängerzellenpumpen und ihr Ausgleichsgetriebe zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt werden. Das dabei angewendete Prinzip wird zunächst an einer linearen Darstellung in Fig. 2 erläutert. Dort sind zwei Kolbenpumpen 44 und 46 dargestellt, deren Kolben 47 durch eine gemeinsame Kolbenstange 48 miteinander verbunden sind. Der Zylinder 50 der Kolbenpumpe ist ortsfest angebracht. Dagegen läßt sich der Zylinder der Kolbenpumpe 46 nach rechts oder links verschieben. Wird auf den rechten Zylinder 52 (z.B. vom Lenkrad her) eine Kraft in Richtung des Pfeils 54 ausgeübt, so wird Druckmittel in Richtung des Pfeils 56 ausgetrieben, das zur Verstellung des einen Arbeitszylinders 4 dient. Als Folge des Widerstandes, der sich dem Austreiben entgegenstellt, werden die beiden Kolben 47 nach links bewegt, und es wird aus dem linken Zylinder Druckmittel in Richtung des Pfeils 58 zum anderen Arbeitszylinder gegen dessen Stütz-

druck gefördert. Unterschiedliche Fördermengen in Richtung der Pfeile 56 und 58 werden durch diese Anordnung offenbar von selbst ausgeglichen, indem die Kolben 47 sich mehr oder weniger weit gegenüber dem Zylinder 50 nach links bewegen können. Nach dem gleichen Prinzip, Jedoch angewandt auf Rotations-Verdrängerzellenpumpen, ist die 809885/0411

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kombinierte Konstruktion eines Ausgleichsgetriebes und zweier Verdränge rzellenpumpen nach Fig. 3 bis 5 aufgebaut.

Ein Gehäuse 60 (Fig. 3), das am Fahrzeugrahmen zu befestigen ist, enthält links die Verdrängerzellenpumpe und rechts die Verdrängerzellenpumpe 15· Die Verdrängerzellenpumpe 14 hat einen innen verzahnten Außenzahnring und ein außen verzahntes Innenzahnrad 64 einer um eins geringeren Zahnanzahl. Zwischen beiden werden in bekannter Weise die Verdrängerzellen 66 gebildet (Vgl. Figur 4).

Die rechte Verdrängerzellenpumpe 15 hat ebenfalls einen innen verzahnten Außenzahnring (68) und ein außen verzahntes Innenzahnrad 70 (Vgl. Figur 5). Der Außenzahnring ist hier jedoch drehfest mit der Lenkspindel 72 verbunden. Den beiden Kolben 47 der Darstellung nach Fig. entsprechen hier die Innenzahnräder 64 und 70. Der Kolbenstange 48 nach Figur 2 entspricht hier eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen den beiden Innenzahnrädern. Hierzu dient eine Welle 74 mit zwei voneinander getrennten Axialbohrungen 75, in die je eine Gelenkwelle 77 eingreift. Über Querstifte 76 und zugehörige Querschlitze sind die Gelenkwellen 77 drehfest mit den beiden Innenzahnrädern 64, 70 verbunden. Die Gelenkwellen sind in ihren Axialbohrungen ausreichend schwenkbar, um die radialen Verschiebungen der Innenzahnräder zur Ausführung ihrer Exzenterbewegungen zuzulassen.

Die Welle 74 übernimmt zugleich die Funktion zweier Steuerbüchsen. Ihr rechter Teil dient als Steuerbüchse für die Verdrängerzellenpumpe 15, ihr linker Teil als Steuerbüchse

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für die Verdrängerzellenpumpe 14. Beide Systeme sind hydraulisoh vollständig voneinander getrennt. Die Verbindung zwischen beiden erfolgt lediglich mechanisch.

Die beiden Steuerbüchsen arbeiten in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Steuerschlitzen, Verbindungsbohrungen, Ringnuten und dergleichen mit dem Gehäuse 60 derart zusammen, daß jeweils die sich verkleinernden Verdrängerzellen jeder Pumpe z.B. mit ihrer Steueröffnung l6a, dagegen die sich vergrößernden Verdrängerzellen mit ihrer Steueröffnung 16 verbunden sind. Die Steueröffnungen 16 und l6a sind bei der Darstellung nach Fig. nicht zu erkennen, jedoch die sich daran anschließenden Steuerleitungen 17 und 17a. Querschnitte in den Ebenen VII-VII und VIII-VIII der Steueröffnungen zeigt Figur 1. Anstelle von im Gehäuse vorgesehenen Überströmkanälen der linken Pumpe sind in der rechten Pumpe Uberströmkanäle 79 in einem Lagerring 80 der rechten Pumpe vorgesehen, wobei der Lagerring mit dem Außenzahnring 68 drehfest verbunden ist. Zwischen beiden ist die übliche, mit Löchern 82 versehene Abschlußscheibe 84 vorgesehen und mit beiden drehfest verbunden.

Wird die Lenkspindel 72 so gedreht, daß die rechte Pumpe 15 gegen einen äußeren Stützdruck Druckflüssigkeit in ihre Steuerleitung 17 fördert, so wird hierbei über die beiden Gelenkwellen 77 und die Welle 74 die linke Pumpe 14 in dem Sinne angetrieben, daß sie ebenfalls Druckmittel gegen einen äußeren Stützdruck in ihre Steuerleitung 17 fördert. Die Fördergeschwindigkeit durch beide Steueröffnungen kann unterschiedlich sein. Der Ausgleich erfolgt über die genannte Wellenverbindung.

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

HYDROSTATISCHE ZWEIKREIS-LENKANLAGE

12.7.77

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S/toeit

Patentansprüche

1, Hydrostatische Zweikreis-Lenkanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit zwei hydraulischen Druckquellen, zwei auf die gelenkten Fahrzeugteile (Räder, Ruder) einwirkenden Stellmotoren, zwei von einer Betätigungseinrichtung (Lenkhandrad) antreibbaren Hand- und Dosierpumpen (H+D-Pumpen) und zwei mit Rückstellfedern versehenen Steuerventilen, die je nach Förderrichtung der H+D-Pumpen den einen oder anderen Anschluß der Stellmotoren mit der zugehörigen Druckquelle und den anderen mit einem Flüssigkeitsablauf verbinden, dadurch gekennzeichnet,

- daß zum Antrieb der beiden H+D-Pumpen (14, 15) von der Betätigungseinrichtung her ein Ausgleichsgetriebe dient, und

- daß durch eine Zusatzvorrichtung (24, 24a) bei Druckve'rlust in der Förderleitung (17, 17a) einer der H+D-Pumpen für einen Antrieb der anderen H+D-Pumpe gesorgt ist, der mindestens zur Betätigung des zugehörigen Steuerventils (18) gegen dessen Rückstellkraft ausreicht.

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INSPECTED

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2. Zweikreis-Lenkanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die H+D-Pumpen (14, 15) Verdrängerzellenpumpen sind, die je einen innen verzahnten Außenzahnring (62, 68) und ein außen verzahntes Innenzahnrad (64, 70) abweichender Zahnanzahl haben, das um eine halbe Zahnhöhe exzentrisch im Außenzahnring derart gelagert ist, daß zwischen beiden gegenseitig abgeschlossene Verdrängerzellen (66) gebildet werden, deren Volumina sich bei Relativdrehung verändern,

- daß eine zugehörige Steuerbüchse mit dem Innenzahnrad durch eine Gelenkwelle (77) drehfest, jedoch allseitig schwenkbar, verbunden ist und im Zusammenwirken mit ihrem Gehäuse (60) die sich vergrößernden Verdrängerzellen mit der einen und die sich verkleinernden Verdrängerzellen mit der anderen Steueröffnung (16, 16a) jeder Verdrangerzellenpumpe verbindet, was alles für einzelne Verdrängerzellenpumpen bekannt ist, und

- daß zur Bildung des Ausgleichsgetriebes beide Steuerbüchsen und beide Innenzahnräder derart drehfest miteinander verbunden sind, daß die Innenzahnräder gegeneinander allseitig radial verschiebbar sind und daß der eine Außenzahnring (68) mit der Betätigungseinrichtung (72) in Antriebsverbindung steht, während der andere Außenzahnring (62) am Fahrzeug fest angebracht ist.
3. Zweikreis-Lenkanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

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- daß beide Steuerbüchsen koaxial zueinander als einteilige Welle (60) ausgebildet sind, in die von beiden Enden her voneinander getrennte Axialbohrungen hineinführen und

- daß die Innenzahnräder (64, 70) der Verdrängerzellenpumpen an beiden Stirnseiten der Welle angeordnet und mit dieser durch die in die Axialbohrungen (75) eingreifenden Gelenkwellen (77) drehfest und allseitig schwenkbar verbunden sind.

Zweikreis-Lenkanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steueröffnungen (16, l6a) Jeder Verdrängerzellenpumpe mit Rückschlagventilen (24, 24a) versehen sind, die in Ansaugrichtung der Verdrängerzellenpumpen bei möglichst niedrigem öffnungsdruck öffnen, in Forderrichtung zu den Stellmotoren schließen, jedoch in dieser Förderrichtung bei einem öffnungsdruck öffnen, der größer ist als der zur Verstellung der Steuerventile (l8) gegen deren Rückstellkraft erforderliche Stützdruck in den Verdrängerzellen· pumpen.

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