DE2741286A1

DE2741286A1 - Hydraulisches brems- und lenksystem fuer ein fahrzeug

Info

Publication number: DE2741286A1
Application number: DE19772741286
Authority: DE
Inventors: Gene Francis Hand
Original assignee: Clark Equipment Co
Current assignee: Doosan Bobcat North America Inc
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS5347637A; CA1045941A; MX145603A; FR2366952A1; AU2912177A; BR7706373A; FR2366952B1; AU511056B2

Description

Clark Equipment Company Buchanan, Michigan (V. St. A.)

Hydraulisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug.

Die Erfindung bezieht sich auf kombinierte hydraulische Brems- und Lenksysteme für Fahrzeuge mit hydraulischen Bremsen und hydraulischer Lenkung und ist besonders für Gelenkfahrzeug vorteilhaft, die für den Betrieb der Lenkvorrichtung einen relativ großen hydraulischen Flüssigkeitsstrom erfordern.

Die hier behandelten Gelenkfahrzeuge umfassen zwei separate Rahmenteile, die durch eine kombinierte Zug- und Lenkkupplung miteinander verbunden sind. Um ein solches Fahrzeug zu lenken, ist es notwendig, den einen Rahmenteil gegenüber dem anderen zu verschwenken, und dies wird üblicherweise mit Hilfe von hydraulischen Betätigern oder Zylindern erreicht, die zwischen den beiden Rahmenteilen angebracht sind.

Für solche Fahrzeuge sind vielerlei Bremssysteme verwendet worden, z. B. pneumatische, kombinierte pneumatische und hydraulische, vollhydraulische u. a.. Für viele solcher Fahrzeuge ist die Verwendung von hydraulischen Bremsen und eines kombinierten hydraulischen Lenk- und Bremssystems von Vorteil.

«09815/0573

Bei größeren Gelenkfahrzeugen ist es üblich, zur Versorgung des Lenksystems und des Bremssystems separate Pumpen zu verwenden. Es ist auch bereits bekannt, drei Pumpen zu verwenden, von denen die dritte Pumpe zwischen dem Lenk- und dem Bremssystem bei verschiedenen Betriebszuständen hin- und hergeschaltet werden kann.

Insbesondere für kleinere Gelenkfahrzeuge kann es vorteilhaft sein, nur eine einzige hydraulische Pumpe zur Versorgung sowohl des Brems- als auch des Lenksystems vorzusehen, und die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Schaffung eines verbesserten Systems dieses Typs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein kombiniertes hydraulisches Brems- und Lenksystem des Open-Center-Typs (glatter Durchfluß in der Neutralstellung) für das Fahrzeug vorgesehen, welches eine hydraulische Pumpe auf dem Fahrzeug umfaßt, die mindestens einen Minimalstrom an Flüssigkeit liefert, um ein ausreichendes Lenken und Bremsen in normalem Betriebszustand aufrechterhalten zu können. Ein erstes Hauptsteuerventil nimmt an seinem Einlaß den gesamten Ausstoß der Pumpe auf. Das erste Hauptsteuerventil hat zwei Auslässe. Der erste dieser Auslässe gibt im Betrieb einen etwa konstanten Flüssigkeitsstrom zur Betätigung der hydraulischen Bremsen des Fahrzeugs ab. Die Flüssigkeit des zweiten Auslasses des ersten Hauptsteuerventils tritt in ein zweites Hauptsteuerventil ein. Ein Auslaß des zweiten Hauptsteuerventils versorgt das Ventil der hydraulischen Lenkung des Fahrzeugs mit einem normalerweise konstanten Flüssigkeitsstrom, während der andere Auslaß des zweiten Hauptsteuerventils den Rest der von der Pumpe gelieferten Flüssigkeit

9 815/0573

in den Sumpf ableitet. Die Flüssigkeit von den Bremsen wird unmittelbar zur Pumpe zurückgeleitet, während die übrige Flüssigkeit über einen Behälter zur Pumpe zurückgeleitet wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines Systems, in dem die Erfindung verwirklicht ist.

In der Zeichnung bezeichnet 10 eine Pumpe mit konstantem Schluckvolumen, die das kombinierte Brems- und Lenksystem der vorliegenden Erfindung versorgt. Die Pumpe 10 kann vom Motor des Fahrzeugs, auf dem das System angebracht ist, angetrieben sein und arbeitet über einen Drehzahlbereich vom Leerlaufzustand bis zur Maximaldrehzahl.

Der gesamte Ausstoß der Pumpe 10 wird über eine Leitung 11 dem Einlaß 12a eines Hauptsteuerventils 12 bekannter Bauart zugeleitet. Das Hauptsteuerventil 12 hat zwei Auslässe, einen geregelten Auslaß 12b und einen Bypassauslaß 12c. Das Hauptsteuerventil 12 ist druckentlastet und der Flüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b hat den Vorrang, das bedeutet: In einem System wie dem dargestellten wird unter normalen Betriebsbedingungen der Flüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten, ungeachtet des Druckes und/oder Flüssigkeitsstroms aus dem Auslaß 12c.

Als Beispiel an einem typischen Fahrzeug sei ein Flüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b von etwa 1o Liter/min genannt, der von einer Pumpe 10 stammt, deren Ausstoß von etwa 30 Liter/min bei 700 Umdrehungen/min, der Leerlaufdrehzahl des Motors, bis zu einem Maximum von 12o Liter/ min bei 2300 Umdrehungen/min, der Grenzdrehzahl, schwanken kann. Der normale Betriebsbereich eines Motors eines solchen Fahrzeugs liegt zwischen etwa 700 Umdrehungen (wo der Flüssigkeitsstrom etwa 30 Liter/min beträgt) und 2300 Umdrehungen/min (wo der Flüssigkeitsstrom ungefähr 120 Liter/min beträgt).

8 0 9 H 1 5 / U 5 7 3

-X-

27 A 1286

Der Flüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b gelangt über eine Leitung 14 in eine Bremsbetätigungsvorrichtung bekannter Bauart des Open-Center-Typs, die als Ganzes mit 16 bezeichnet ist. Der Flüssigkeitsstrom verläßt die Bremsbetätigungsvorrichtung 16 über die Leitung 17 und gelangt über die Leitung 19 in den Behälter 30. Aus dem Behälter 30 zirkuliert die hydraulische Flüssigkeit über die Leitung 31 wieder zum Einlaß der Pumpe 10.

Aus dem Bypassauslaß 12c des Hauptsteuerventils 12 strömt hydraulische Flüssigkeit über eine Leitung 18 zum Einlaß 20a eines zweiten Hauptsteuerventils 20. Das Hauptsteuerventil 20 besitzt einen Auslaß 20b mit geregelter Strömungsmenge, der unter bestimmten Betriebsbedingungen eine im wesentlichen konstante Strömungsmenge in die Leitung 21 abgibt, von wo die Flüssigkeit durch eine Lenkvorrichtung 22 und Leitungen 23 und 19 zurück in den Behälter 30 strömt. Wenn der Motor im Leerlauf läuft, kann die Strömungsmenge aus dem geregelten Auslaß 2ob geringer als der konstante Wert sein, wie nachstehend noch erläutert wird.

Der Rest, der in das Hauptsteuerventil 20 eintretenden Flüssigkeit wird aus dem zweiten bzw. Bypassauslaß 20c über die Leitung 25 abgegeben, die mit einer Leitung 28 verbunden ist und über diese die Flüssigkeit über die Leitung 19 in den Behälter 30 zurückführt. Aus dem Behälter 30 wird die hydraulische Flüssigkeit über die Leitung 31 zu dem Einlaß 1oa der Pumpe zurückgeleitet.

Die Flüssigkeitsabgabe aus dem geregelten Auslaß 2ob des Hauptsteuerventils 20 kann beispielsweise 45 Liter/min betragen. Dies bedeutet, daß bei dem vorstehend definierten normalen Betriebsbereich die Abgabe durch den Bypassauslaß 20c und die Leitung 25 von einem Minimum von 0 Liter/min bis 51 Liter/min schwankt. Wenn der Motor bei 700 Umdrehungen/min im Leerlauf dreht, beträgt der Strom aus dem

8098.1 5/0573

Hauptsteuerventil 20 durch das Lenkventil 22 ungefähr 21 Liter/min. Wenn die Drehzahl des Motors und der Pumpe zu einem Strom von weniger als 45 Liter/min durch die Lenkvorrichtung 22 führt, ist die Lenkgeschwindigkeit entsprechend geringer, aber noch angemessen für den Betriebszustand.

Obwohl die Bremsvorrichtung als solche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird eine kurze Erläuterung ihrer Arbeitsweise das Verständnis der Erfindung erleichtern. Wenn sich die Pumpe 10 in Betrieb befindet und keine Bremsung vorgenommen wird, gelangt der konstante Flüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b und der Leitung 14 in die Kammer 34 auf der rechten Seite des Kolbens 36 und strömt dann über die Leitung 38 und das einstellbare Ventil über eine Leitung 42 in die linke Seite der Kammer 34, dann in die Leitung und zurück zur Pumpe 10.

Die Betätigung des Fußpedals 44 durch den Fahrer schließt über die Lenkeranordnung 46 das Ventil 40 um einen Betrag, der vom Betätigungsweg des Pedals 44 abhängt und legt die Bremsen in einem entsprechenden Maß an, indem Hydraulikflüssigkeit unter Druck über die Leitung 48 zu den als Ganzes mit 50 bezeichneten Scheibenbremsen geleitet wird. Jede der beiden dargestellten Bremsen umfaßt eine mit bezeichnete Bremsscheibe und Bremsbacken 51 sowie mit 53 bezeichnete hydraulische Betätiger auf beiden Seiten jeder Bremsscheibe zur Betätigung der jeweiligen Bremsbacken.

Jeder Bremsbetätiger 53 umfaßt eine Kammer 57, die durch don Druck aus der Leitung 48 unter Druck setzbar ist , um die Bremsen anzulegen. Ersichtlich ist. o.'J wünschenswert, bei nicht, angelegten Bremsen den in don Kammern 57 verbleibenden Druck so gering wie möglich zu halt on, um bei Nichtbenutzung der Bremsen den Verschleiß der Bremsbacken und Bremsscheiben hintanzuhalten. Dies erreicht die Erfindung in einem kombinierten Brems- und Lenksystem mit nur einer Pumpe.

809815/0573

COPY

Ί ν A I 2 8 6

Die Bremsvorrichtung 16 umfaßt ein Sicherheitsmerkmal, insofern bei einem Ausfall beispielsweise tier hydraulischen Pumpe 10 oder der Leitung 14 und dem entsprechenden Verlust an ankommender Flüssigkeit die Bewegung ties Pedals 14 über den Lenker 56 den Kolben 36 nach rechts bewegt und Flüssigkeit im rechten Ende der Kanuner 34 einsperrt, wodurch mittels weiterer Bewegung des Pedals 44 über die Leitung 48 Druck auf die Kammern 57 in den Bremsen 50 gegeben werden kann.

Die Lenkvorrichtung 22 ist ebenfalls von bekannter Bauart, aber es wird eine Erläuterung ihrer Arbeitsweise ebenfalls das Verständnis der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung erleichtern. Eine Bewegung des Lenkrades auf dem Fahrzeug bewegt die Ventilspindel je nach der gewünschten Lenkrichtung nach rechts oder links. Dies verursacht einen

(hi Liihii·)

Druckflüssigkeitsstrom entweder durch die Leitung 60 (3cler"^l6 2 zu einem Paar von hydraulischen Detätigern oder Zylindern, die als Ganzes mit 64 bzw. 66 bezeichnet sind. Diese sind in einer Zug-Druck-Verbindung angebracht, so daß der Druckflüssigkeitsstrom beispielsweise durch die Leitung 60 im Betätigtr 64 ausfahren und gleichzeitig den Betätiger 66 einfahren läßt, wobei die Leitung 62 als Rückleitung dient. Umgekehrt läßt der Druckflüssigkeitsstrom durch die Leitung 62 den Betätiger 66 ausfahren und den Betätiger 64 einfahren, wobei die Leitung 60 als Rückleitung dient. Eine solche Beaufschlagung der Betätiget- verschwenkt einen Rahmenteil des Fahrzeugs gegenüber dem anderen in der gewünschten Richtung und ruft entsprechend eine Lenkung in der ausgewählten Richtung hervor.

Wie dargesteLlt umfallt die Lenkvorrichtung auch noch eine handbetätigte Notpumpe (>i>, die bei einem Ausfall der Pumpe 10 odor irgendeines dor V. lenient e in dt m hydraulischen Kreis zwischen der Pumpe und der Lenkvorrichtung 11, die Lenkzylinder f>4 und 66 betätigen kann.

COPY BAD ORIGINAL

40

Zwischen den Leitungen 14 und 28 ist für einen noch zu erläuternden Zweck ein überdruckventil 3 2 eingeschaltet, während zwischen die Leitung 18 und die Leitung 28 über die Leitung 2-1 ein ähnliche;; überdruckventil 26 eingeschaltet ist

Im Betrieb des Systems gelangt, wenn die Pumpe 10 in Betrieb ist, sei es im Leerlauf oder bei einer höheren Drehzahl, der angegebene konstante Hydraulikflüssigkeitsstrom aus dem Auslaß 12b des Hauptsteuerventils 12 über die Leitung 14 und die Bremsvorrichtung 16 zurück in die Pumpe. Wenn der Fahrer durch Betätigung des Pedals Il die Bremsen anlegt, hängt die Stärke der Bremsbetätigung vom Betätigungsweg des Pedals und entsprechend vom Maß der Schließung des Ventils 50 ab. Auf diese Weise wird abhängig vom Fahrer ein veränderlicher Druck auf die Bremsen gegeben, der bis zu einem Maximaldruck reicht, der durch das überdruckventil \2 festgelegt ist. Dieser Maximaldruck kann beispielsweise auf 140 Atü eingestellt sein. Bei 3 3 ist eine auf den Druck in der Leitung 14 und am Auslaß 12b ansprechend« Verbindung zur Betätigung des Überdruckventils 32 angegeben.

Der gesamte Ausstoß der Pumpe 10 gelangt in das Hauptsteuervtmtil 12 und wird mit Ausnahme der relativ geringen ausgeregelten und über den Auslaß 12b abgegebenen Menge durch den Bypassauslaß 12c aus dem Hauptsteuerventil 12 abgegeben. Unter normalen Betriebsbedingungen tritt der .Strom aus dem Auslaß 12c in den Einlaß 20a de;; Hauptsteuerventil;; 20 ein. Γη dem für ein typisches Fahrzeug mit der vorliegenden Erfindung angegebenen Beispiel wird durch den Auslaß 20b eine geregelt« Meng« von etwa l^r> Liter/min (bzw. unter b«;;t imniten Bedingungen weniger) abgegeben, während d«r Rest, der Flüssigke it (falls vor h.indeii) der Pumpe 10 au;» dom Bypafüiaii!; I iß 20c abg«l«it«t wird und in den Behälter JO /.urUc.'kkfhrt.

ß(J>ji, I ■: ■■ M ·: / 3

27Λ 1 286

Der für den Betrieb der Lenkvorrichtung zur Verfügung stehende Druck wird durch das überdruckventil 26 bestimmt, und dieses kann beispielsweise auf 115 Atü eingestellt sein. Wie dargestellt ist eine den Druck übertragende Verbindung zum überdruckventil 26 vorgesehen, um den Druck an dem geregelten Auslaß 20b weiterzuleiten.

Wenn weder die Bremsvorrichtung noch die Lenkvorrichtung im Betrieb sind, tritt der Strom aus der Pumpe 10 durch beide Vorrichtungen mit geringem Widerstand und vernachlässigbarem Druckabfall hindurch, und es ist demzufolge zum Betrieb der Pumpe 10 unter diesen Umständen weniger Energie erforderlich, wie es für ein Open-Center-System typisch ist.

Wenn gelenkt wird, muß die Pumpe 10 gegen einen Druck arbeiten, der ein Maximum von 115 Atü erreichen kann, und dafür ist natürlich erheblich mehr Energie erforderlich. Ersichtlich hängt der in dem Lenkteil des Systems erreichte Druck von den Bedingungen ab, unter denen das Lenken stattfindet .

Beim Bremsen kann der Druck im Bremsteil des Systems 140 Atü erreichen. Dieser Druck liegt auch im Hauptsteuerventil 12 und in der Pumpe 10 vor, und es steigt die zum Pumpen aller von der Pumpe geförderten Flüssigkeit erforderliche Energie entsprechend. In einer typischen Situation ist der Druckabfall zwischen dem Einlaß 12a und dem geregelten Auslaß 12b 5 Atü; wenn daher der Druck bei 12b 140 Atü beträgt, liegt er am Einlaß 12a und in der Pumpe 10 bei 145 Atü.

Es ist zu erkennen, daß das System eine Senkung des Energieverbrauchs ermöglicht, da mit Ausnahme der Bremsinteivalle, während deren der Druck im Bremsteil des Systems über 115 Atü ansteigt, die Pumpe 10 bei Maximaldruck von 115 Atü arbeiten muß, welcher Zustand bei der Betätigung der Lenkvorrichtung eintritt. Nichtsdestoweniger ist der Maximaldruck von 140 Atü für die Bremsvorrichtung im Bedarfsfall zur Verfügung .

809ai5/0573

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein System beschränkt, bei dem der Maximaldruck im Bremsteil des Systems größer als der Maximaldruck im Lenkteil ist. Sie ist vielmehr auch anwendbar, wenn beide Drücke gleich sind oder wenn der erstere geringer als der letztere ist.

In dem hier beschriebenen und dargestellten System besitzt der Behälter 30 eine geschlossene Konstruktion und wird auf einem überatmosphärischen Druck gehalten, der unter normalen Betriebsbedingungen etwa 0,5 Atü beträgt. Der Saugdruck am Einlaß 10a der Pumpe 10 wird auf einen geringeren Druck als der Druck im Behälter 30 gehalten, obwohl er normalerweise immer noch größer als der Atmosphärendruck ist. Es können jedoch sowohl der Druck im Behälter 30 als auch der Druck am Einlaß 10a der Pumpe 10 unter bestimmten Betriebsbedingungen unter dem Atmosphärendruck liegen.

In der Zeichnung ist in gestrichelten Linien in der Saugleitung 31 vom Behälter 30 zum Einlaß 10a der Pumpe eine Drosselstelle 37 wiedergegeben, um anzudeuten, daß zwischen dem Behälter 30 und dem Einlaß 10a, an dem die Auslaßleitung 35 der Bremsvorrichtung mündet, ein Druckabfall vorliegt. Bei der Erprobung der Erfindung wurde festgestellt, daß eine besondere Drosselstelle 37 zur Erzielung der notwendigen vorbestimmten Druckdifferenz nicht erforderlich ist. Die für die Leitung 31 verwendeten Rohre riefen ohnehin einen Druckabfall zwischen dem Behälter 30 und dem Punkt 10a von etwa 0,15 bis 0,2 Atmosphären hervor, und dies war ausreichend, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen. In einigen Fällen kann eine besondere Drosseleinrichtung erforderlich sein, obwohl in den meisten Fällen die richtige Auswahl der Rohrabmesu/ii^ndazu verwendet werden kann, den gewünschten Druckabfall herbeizuführen.

8 I) i-j ti ! ^l, ' U b 7 3

Claims

Patentansprüche.

/ 1 jL Kombiniertes hydraulisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer hydraulische Druckflüssigkeit liefernden Pumpe, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine hydraulische Bremsvorrichtung (16) vom Open-Center-Typ;

b) eine hydraulische Lenkvorrichtung (22) vom Open-Center-Typ;

c) ein Hauptsteuerventil (12), welches den gesamten Ausstoß der Pumpe (10) aufnimmt und einen ersten Teil der Flüssigkeit in die hydraulische Bremsvorrichtung (16) und einen weiteren Teil in die hydraulische Lenkvorrichtung (22) abgibt;

d) einen Behälter (3OX;

e) Leitungen (23, 19), die Flüssigkeit aus der Lenkvorrichtung (22) in den Behälter (30) ableiten;

f) eine zusätzliche Leitung (31), die Flüssigkeit aus dem Behälter (30) mit einem vorbestimmten Druckabfall der Pumpe (10) zuleitet;

g) Mittel, die Flüssigkeit aus der hydraulischen Bremsvorrichtung (16) unter Umgehung des Behälters (30) der Pumpe (10) zuleiten, wobei die Flüssigkeit in die Pumpe (10) mit einem Druck eintritt, der um den Betrag des Druckabfalls niedriger als der Druck im Behälter (30) ist.

8098 15/0573

COPY
2. Kombiniertes hydraulisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer hydraulische Druckflüssigkeit liefernden Pumpe, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine hydraulische Bremsvorrichtung (16) vom Open-Center-Typ;

b) ein Hauptsteuerventil (12), welches den gesamten Ausstoß der Pumpe (10) aufnimmt und einen etwa konstanten Teilstrom der Flüssigkeit in die Bremsvorrichtung (16) abgibt;

c) ein hydraulisches Lenksystem (22) vom Open-Center-'Typ, durch das wenigstens ein Teil der übrigen Flüssigkeit des HauptSteuerventils (12) fließt;

d) eine Einrichtung (32) zur Begrenzung des von der Betätigung der hydraulischen Bremsvorrichtung (16) herrührenden Drucks auf einen vorbestimmten Wert;

e) eine separate Einrichtung (26) zur Begrenzung des von der Lenkvorrichtung (22) in dem System hervorgerufenen Drucks auf einen geringeren Wert;

f) einen Behälter(30);

g) Leitungen (23, 29) zur Ableitung der Flüssigkeit aus dem hydraulischen Lenksystem (22) in den Behälter (30);

h) eine Leitung (31), die den Behälter (30) mit der Pumpe (10) verbindet und der Pumpe (10) Flüssigkeit zuführt;

i) Mittel, die Flüssigkeit aus der hydraulischen Bremsvorrichtung (16) unter Umgehung des Behälters (30) der Pumpe (10) zuleiten.
3. Kombiniertes hydraulisches Brems- und Lenksystem für ein Fahrzeug mit einer hydraulische Druckflüssigkeit liefernde Pumpe, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

809815/0573

a) eine hydraulische Bremsvorrichtung (16) vom Open-Center-Typ;

b) ein Hauptsteuerventil (12), welches den gesamten Ausstoß der Pumpe (10) aufnimmt und einen etwa konstanten Teilstrom der Flüssigkeit in die Bremsvorrichtung (16) abgibt ;

c) ein hydraulisches Lenksystem (22) vom Open-Center-Typ, durch das wenigstens ein Teil der übrigen Flüssigkeit des Hauptsteuerventils (12) fließt; ' d) eine Einrichtung (32) zur Begrenzung des von der Betätigung der hydraulischen Bremsvorrichtung (16) herrührenden Drucks auf einen vorbestimmten Wert;

e) eine separate Einrichtung zur Begrenzung des von der Lenkvorrichtung (22) in dem System hervorgerufenen Drucks auf den gleichen oder einen verschiedenen Wert;

f) einen Behälter (30);

g) Leitungen {23, 29) zur Ableitung der Flüssigkeit aus dem hydraulischen Lenksystem (22) in den Behälter(30);

h) eine Leitung (31), die den Behälter (30) mit der Pumpe (10) verbindet und der Pumpe (10) Flüssigkeit zuführt;

i) Mittel, die Flüssigkeit aus der hydraulischen Bremsvorrichtung (16) unter Umgehung des Behälters (30) der Pumpe (10) zuleiten.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in dem Behälter (30) unter normalen Betriebsbedingungen über dem Atmosphärendruck liegt.

809815/0573