DE3820876A1

DE3820876A1 - Hydrostatische lenkungseinrichtung

Info

Publication number: DE3820876A1
Application number: DE3820876A
Authority: DE
Inventors: Werner Tischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1987-06-26
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2008-06-22
Also published as: WO1988010206A1; US5056311A; DK247288D0; DK247288A; DE3820876C2; BR8807575A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lenkungseinrich tung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definier ten Art.

Eine Lenkung dieser Art ist z. B. aus der DE-PS 27 16 868 be kannt. Die in dieser Druckschrift beschriebene Druckmittel steuereinrichtung versorgt zwei über je einen Stromzweig durch eine Hochdruckpumpe betriebene hydraulische Stellvor richtungen. Ein Hydraulikkreis betrifft dabei eine hydrosta tische Lenkung, die Priorität besitzt, und der zweite Hydrau likkreis ist für die Arbeitshydraulik des Fahrzeuges vorgese hen, z. B. für eine Hubeinrichtung, eine Schaufelhebevorrich tung oder dgl. Zur Regelung des Druckmittels wird eine Regel pumpe verwendet, wenn von dieser lediglich eine hydrostati sche Lenkungseinrichtung mit Druckmittel versorgt werden soll. Bei einer zusätzlichen Versorgung eines zweiten Ar beitskreises kann statt einer Regelpumpe zur Regelung auch eine Konstantpumpe zusammen mit einem nachgeschalteten Strom teilerventil für die beiden Hydraulikkreise verwendet wer den.

Das Problem bei einer derartigen Lenkung besteht jedoch da rin, daß das Regelsignal nicht schnell genug zur Regelpumpe bzw. zum Stromteilerventil gelangt. Diese bedeutet, daß die Dosierpumpe der hydrostatischen Lenkung kurzzeitig mehr För dert als die Pumpe liefert, wodurch kurzfristig für den Fah rer spürbar am Lenkhandrad eine erhöhte Handkraft auftritt.

Weiterhin ist nachteilig, daß bei der bekannten hydrostati schen Lenkung der Lenkventilkolben so weit ausgelenkt werden muß, bis der Servodruck so hoch geregelt ist, daß der Wider stand an den Rändern überwunden werden kann. Dies bedeutet, daß der Totweg an der Lenkung relativ groß wird, wenn die Achslast hoch ist. Bei Verwendung eines Lenkungszylinders mit unausgeglichenen Kolbenräumen findet auf einfache Weise kein Rücklauf der eingeschlagenen Lenkung in die Neutrallage statt. Aus diesem Grunde müssen entsprechend aufwendige Zusatzeinrichtungen vorgesehen sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Lenkungseinrichtung zu schaffen, bei der das Regelverhalten derartig beschleunigt wird, daß keine erhöhte Lenkhandkraft auftritt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnen den Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird nunmehr der Regelweg der Lenkung nur für die Regelung entweder der Regelpumpe oder des Stromtei lersventiles benutzt und nicht für den Lenkungsdruck. Bei Vorhandensein eines Stromteilerventiles für einen zweiten Hydraulikkreis wird das Stromteilerventil von der Konstant blende gesteuert. Von der Druckzuleitung zu der hydrostati schen Lenkung zweigt über die Konstantblende ein Pilotstrom ab. In der Pilotstromleitung und der Rückleitung zu dem Tank liegt nun der erfindungsgemäße Druckkompensator, wobei der Rücklauf zum Tank durch die Verstellblende gesteuert wird. Dies bedeutet, daß der Druckkompensator vom Differenzdruck der Verstellblende gesteuert wird. Durch die Abnahme des Lastsignales mit einer Steuerleitung zwischen der Konstant blende und dem Druckkompensator, die zur Pumpe und/oder zu dem Stromteilerventil führt, wird eine schnelle Regelung er reicht. Das "Lastschaltsignal" ermöglicht somit sofort nach einem Anlenken eine Regelung des Druckmittelstromes. Dies bedeutet, man erreicht eine schnelle Reaktion der Dosierpum pe mit einer Rückkopplung auf das Lastschaltsignal. Das Last schaltsignal in der Steuerleitung ist dabei unabhängig vom Lenkungsdruck.

Eine einfache und sehr wirkungsvolle Ausgestaltung des Druck kompensators besteht darin, daß er auf einer Stirnseite mit einer Feder beaufschlagt ist, wobei der Federraum über eine Rückleitung mit dem Tank oder einem Ausgleichsbehälter ver bunden ist, und die gegenüberliegende Stirnseite mit dem Druck vor der Regelblende beaufschlagt ist.

Die Verstellblende ist in bekannter Weise mechanisch mit der Dosierpumpe verbunden, wobei durch die Auslegung der Dosier pumpe die Verstellblende beeinflußt wird und damit der Druck in der Zuleitung zu der der Feder gegenüberliegenden Stirn seite gesteuert wird. Dies bedeutet, daß der Druck über der vor dem Druckkompensator liegenden Konstantblende variabel wird, wodurch auch die Druckdifferenz über dem Druckkompen sator variabel wird. Auf diese Weise wird die Druckdifferenz über der Konstantblende und damit das Lastschaltsignal von der Pumpe und vom Stromteilerventil gesteuert.

Ein deutlicher Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich, wenn der Lenkungszylinder unausgegliche ne Kolbenräume aufweist, wobei für den Rücklauf des Lenkhand rades aus einem Einschlag des größeren oder beiden Kolbenräu me über die Druckzuleitung, die Konstantblende, den Druckkom pensator und die Verstellblende mit der Rückleitung zum Tank verbunden ist.

Durch diese Ausgestaltung wird auch bei unausgeglichenen Kol benräumen auf einfache Weise ein Lenkungsrücklauf in die Neutralstellung erreicht und zwar ohne aufwendige Zusatzein richtungen oder die Verwendung eines aufwendigeren Lenkungs zylinders mit ausgeglichenen Kolbenräumen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kennlinie der Verstellblende linear zum Auslenkwin kel des Lenkhandrades ist.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird eine Schwingungs armut erreicht bzw. werden Schwingungen im Kreis vermieden.

In einer Ausgestaltung hierfür kann vorgesehen sein, daß die Verstellblende im Lenkungsventil integriert ist, wobei eine Öffnung für die Strömung des Druckmittels zwischen dem Lenk kungsventilgehäuse und dem Lenkventilkolben gebildet ist.

Die Öffnung für die Steuerung wird damit über dem Auslenkhub oder Auslenkwinkel der Lenkung linear verändert, wodurch der Druck linear gesteuert wird. Dies bedeutet, ein bestimmter Hubweg des Lenkkolbens entspricht einem bestimmten Verdreh winkel am Lenkhandrad. Durch diese Maßnahme wird die ge wünschte Linearität auf einfache Weise erreicht.

Von Vorteil ist es, wenn der Verstellkolben des Druckkompen sators mit einer Regelfase versehen ist.

Durch die Regelfase wird eine Art Rampe erreicht und keine "Schwarz-Weiß-Schaltung" bzw. ein abrupter Übergang. Dies bedeutet, durch diese Maßnahme ist die Regelung wenig schwin gungsanfällig.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgese hen sein, daß der Differenzdruck am Druckkompensator durch eine schwache Auslegung der Feder klein gehalten ist.

Durch diese Maßnahme wird der Strömungswiderstand geringer, wodurch die Energiebilanz besser wird. Dies bedeutet, daß man die Feder im allgemeinen relativ schwach auslegen wird.

In einer sehr vorteilhaften Weise kann man die hydrostati sche Lenkungseinrichtung auch mit einem zweiten Hydraulik kreis kombinieren, wobei vorgesehen ist, daß nach der Pumpe ein Stromteilerventil angeordnet ist, durch das ein zweiter Hydraulikkreis mit Druckmittel versorgbar ist. In diesem Falle zweigt die Steuerleitung auch zum Stromventil ab.

Bei Einsatz eines Stromteilerventiles kann die Regelpumpe auch eine Konstantpumpe sein, weil das Stromteilerventil in diesem Falle den Überschußstrom, der nicht zum Lenken benö tigt wird, zur Arbeitshydraulik liefert. Die entsprechende Steuerung des Stromteilerventiles erfolgt dabei erfindungs gemäß auch durch die Verbindung mit der Steuerleitung.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die hydraulische Schaltung für eine hydrostatische Lenkungseinrichtung,

Fig. 2 die hydraulische Schaltung nach der Fig. 1 mit einem Stromteilerventil für einen zweiten Hydraulikkreis,

Fig. 3 die hydraulische Schaltung nach der Fig. 2 mit einer Konstantpumpe,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Druckkompensator,

Fig. 5 ein Diagramm.

Grundsätzlich ist die dargestellte hydrostatische Lenkungs einrichtung von bekanntem Aufbau, welshalb die Lenkung selbst nachfolgend nur kurz beschrieben wird. Sie weist in üblicher Weise einen Tank 1 auf, von dem aus eine Regelpumpe 2 Druck mittel, im allgemeinen Öl, bezieht. Über eine Druckzuleitung 3 wird das Druckmittel einem Lenkventil 4 zugeführt. Von der Druckzuleitung 3 zweigt nach der Pumpe 2 eine Pilotstromlei tung 5 mit einer Konstantblende 6 ab. Die Verschiebung des Lenkventiles 4 erfolgt in üblicher Weise durch die Verdre hung eines Lenkhandrades 7, das mechanisch mit einer Dosier pumpe 8 verbunden ist. Von dem Lenkventil 4 aus führen Druck leitungen 9 und 10 zu Kolbenräumen 11 und 12 eines Lenkungs zylinders 13. Je nach Drehrichtung des Lenkhandrades 7 und damit erfolgter Verstellung des Lenkventiles 4 wird entweder der Kolbenraum 11 oder der Kolbenraum 12 mit Servounterstüt zung mit Druckmittel aus der Druckzuleitung 3 über die Do sierpumpe versorgt, während der andere Kolbenraum über eine Rückleitung 14 zum Tank verbunden ist.

Über eine in das Lenkventil 4 integrierte Verstellblende 15 wird der Rücklauf des Druckmittels aus der Pilotleitung 6 zur Rückleitung 14 zum Tank 1 geregelt. Die Verstellblende kann dabei in einfacher Weise so in dem Lenkventil 4 angeord net sein, daß eine Steuerkante bzw. -öffnung zwischen dem Gehäuse des Lenkventiles und dem Ventilkolben gebildet wird.

In der Fig. 1 ist die Neutrallage des Lenkventils 4 darge stellt. Wird das Lenkventil 4 z. B. nach links verschoben, erhält die Druckleitung 10 und damit der Kolbenraum 12 Druck mittel, während der Kolbenraum 11 über die Druckleitung 9 und die entsprechende Stellung des Lenkventiles 4 mit der Rückleitung 14 verbunden ist. Umgekehrt erhält bei einer Ver schiebung des Lenkventiles 4 nach rechts die Druckleitung 9 und damit der Kolbenraum 11 Druckmittel, während das Druck mittel aus dem Kolbenraum 12 über die Druckleitung 10 in die Rücklaufleitung 14 zum Tank 1 ausgeschoben wird.

In der Pilotstromleitung 5 ist nun zwischen der Konstantblen de 6 und der Verstellblende 15 ein Druckkompensator 16 mit einer Feder 17 angeordnet. Zwischen der Konstantblende 6 und dem Druckkompensator 16 zweigt eine Steuerleitung 18 ab, die zur Verstellpumpe 2 zurückführt. Dies bedeutet, daß das Last signal zur Steuerung der Regelpumpe 2 nur einen kurzen Weg hat, wobei eine Unabhängigkeit von dem Lenkungsdruck gegeben ist.

Die der Feder 17 gegenüberliegende Wirkfläche des Druckkom pensators 16 ist dabei mit dem Druck vor der Verstell- oder Regelblende 15 beaufschlagt.

Durch die Verstellblende 15, welche mechanisch mit der Do sierpumpe 7 in üblicher Weise verbunden ist, wird die Druck differenz über dem Druckkompensator 16 variabel. Auf diese Weise kann das Lastsignal entsprechend gesteuert werden.

Bei einer Auslenkung durch das Lenkhandrad wird nämlich die Dosierpumpe 8 entsprechend betätigt und die Verstellblende 15 im Querschnitt verkleinert. Dadurch steigt auch der Druck in der Regelleitung 19, die mit dem Druck der Pilotstrom leitung 5 hinter dem Druckkompensator 16 beaufschlagt ist. Durch diese Druckerhöhung wird der Druckkompensator gegen die Kraft der Feder 17 entsprechend verstellt, so daß ein Druckgefälle vor dem Druckkompensator 16 erzeugt wird, und zwar entsprechend dem Widerstand am Lenkungszylinder 13. Auf diese Weise stellt sich automatisch der Arbeitsdruck in der Druckzuleitung 3 ein, der zum Verschieben am Lenkungszylin der 13 erforderlich ist. Der Regelungsdruck für die Regelpum pe 2 wird somit von dem Druckmittelstrom bestimmt, der über die Konstantblende 6 fließt.

Die vorstehend beschriebenen Regelvorgänge beziehen sich auf das aktive Lenken. Beim inaktiven Lenken d. h. beim selbst tätigen Zurücklenken der Räder vor einem Einschlag in Gerade ausfahrt und beim Loslassen des Lenkrades.

Besteht normalerweise bei unausgeglichenen Lenkzylindern, d. h. bei Lenkzylindern mit verschieden großen Kolbenräumen 11 und 12, was bei dem Ausführungsbeispiel der Fall ist, das Problem, daß auf einfache Weise kein Rücklauf in die Neutral lage erfolgen kann.

Im Unterschied zu den bekannten Einrichtungen kann jedoch hier bei leicht ausgelenktem Lenkventil das Volumen des Druckmittels aus dem größeren Kolbenraum 11 über die Dosier pumpe 8 die Konstantblende 6, den Druckkompensator 16 und die Verstellblende 15 zum Tank strömen. Das heißt beim Loslassen des Lenkhandrades (inaktives Lenken) fließt das Druckmittel in umgekehrter Strömungsrichtung wie beim aktiven Lenken. Dabei wird die Regelpumpe 2 zurückgeschwenkt, so daß sie keinen Förderstrom mehr liefert, weil das Lastsignal, das die Regelpumpe beeinflußt, über der Konstantblende 6 vom zurücklaufenden Druckmittel übernommen wird.

Die in der Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltung ist grundsätzlich bezüglich der Erfindung von gleichem Aufbau, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen übernommen worden sind. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, daß nach der Regelpumpe eine Aufteilung des Druckmittelstromes in die Druckzuleitung 3 und eine weitere Druckleitung 35 zu einem zweiten Arbeitskreis II erfolgt. In der Druckleitung 20 befindet sich ein Stromteilerventil 21. Das Stromteiler ventil 21 ist ebenfalls von bekannter Bauart (siehe z. B. DE-PS 27 16 868) und ist so ausgebildet, daß der Arbeits kreis I für die Lenkung Priorität besitzt. Hierzu ist die Pilotstromleitung 5 mit einer zusätzlichen Steuerleitung 22 über das Stromteilerventil 21 geführt. Die Steuerleitung 18, welche zu der Regelpumpe 2 zurückführt, besitzt zur Regelung des Stromteilerventiles 21 in dem erfindungsgemäßen Sinne noch eine Zweigleitung 23. Außerdem kann die Regelpumpe auch von einer LS-Lenkung 36 über ein Wechselrückschlagventil 37 beeinflußt und ausgeschwenkt werden. Das Regelsignal für das Ausschwenken der Pumpe wird vom Verbraucher mit dem höchsten Systemdruck erzeugt. Die Priorität der Lenkung ist durch das Stromteilerventil 21 gewährleistet. Das Lastsignal der Len kung kann also sowohl die Regelpumpe verstellen, verstellt aber in jedem Falle das Stromteilerventil 21. Im übrigen funktioniert der Druckkompensator 16 dabei in dem gleichen Sinne wie bei der in der Fig. 1 beschriebenen hydraulischen Schaltung.

Die in der Fig. 3 dargestellte hydraulische Schaltung zeigt ebenfalls eine Schaltung mit einem Arbeitskreis I für eine Lenkung und einen Arbeitskreis II für eine Arbeitshydraulik. Im Unterschied zu dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel wird jedoch statt einer Regelpumpe 2 eine Konstantpumpe 2 A verwendet. In diesem Fall führt die Steuerleitung 18 nur zu dem Stromteilerventil, das damit die Aufteilung des Druckmit telstromes in die Druckzuleitung 3 für die Lenkung und die Druckleitung 20 für den zweiten Arbeitskreis steuert.

Es ist also hier nur eine Verteilung des von der Pumpe geför derten konstanten Strom erforderlich, wobei der zur Lenkung fließende Strom entsprechend der Drehgeschwindigkeit am Lenk handrad variiert. Der Druckkompensator 16 funktioniert in gleicher Weise wie bei den hydraulischen Schaltungen nach Fig. 1 und Fig. 2.

In der Fig. 4 ist eine konstruktive Ausgestaltung für den erfindungsgemäßen Druckkompensator 16 dargestellt. Er weist ein Gehäuse 24 mit einem Verstellkolben 25 in seinem Inneren auf. Über eine Zulauföffnung 26 ist eine Verbindung mit der Konstantblende 6 gegeben, während sich an eine Auslauföff nung 27 die Pilotstromleitung 5 anschließt, die zum Lenkven til 4 führt. Eine Feder 17 mit einem Federraum 28, der zum Druckausgleich mit einem Ausgleichsbehälter 29 in Verbindung steht, wirkt an einer Stirnseite des Verstellkolbens 25. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Verstellkolbens 25 wirkt als Gegenkraft der Druck in der Pilotstromleitung 5 nach dem Druckkompensator 16. Dieser Druck entspricht dem Druck an der Verstellblende 15.

Wie ersichtlich, ist der Verstellkolben 25 mit einer Regel fase oder Abschrägung 30 versehen, wodurch eine Rampe und damit ein allmählicher Übergang zwischen der Zulauföffnung 26 und Auslauföffnung 27 über die Verbindungsbohrung 31 im Inneren des Verstellkolbens 25 erfolgt.

In der Fig. 5 ist die Kennlinie 32 der Verstellblende bzw. des Ventilhubes über den Verstellweg und der Druckdifferenz dargestellt. Wie ersichtlich verläuft diese linear. Gestri chelt daneben ist die Kennlinie 33 des Steuerwinkels am Lenk handrad dargestellt. Wie ersichtlich ist damit eine direkte und lineare Abhängigkeit zwischen den beiden Kennlinien gege ben. Der Druck wird linear gesteuert, womit ein bestimmter Verschiebeweg des Lenkventils 4 einem bestimmten Verdrehwin kel am Lenkhandrad 7 entspricht.

Bezugszeichen 1 Tank
2 Pumpe
3 Druckzuleitung
4 Lenkventil
5 Pilotstromleitung
6 Konstantblende
7 Lenkhandrad
8 Dosierpumpe
9 Druckzuleitung
10 Druckzuleitung
11 Kolbenraum
12 Kolbenraum
13 Lenkungszylinder
14 Rückleitung
15 Verstellblende
16 Druckkompensator
17 Feder
18 Steuerleitung
19 Regelleitung
20 Druckleitung
21 Stromteilerventil
22 Steuerleitung
23 Zweigleitung
24 Gehäuse
25 Verstellkolben
26 Zulauföffnung
27 Auslauföffnung
28 Federraum
29 Ausgleichsbehälter
30 Regelfase
31 Verbindungsbohrung
32 Kennlinie
33 Kennlinie

Claims

1. Hydrostatische Lenkungseinrichtung mit einer mit einem Tank verbundenen Pumpe, mit einem Lenkventil mit einer Do sierpumpe, die von einem Lenkhandrad aus betätigbar ist und mit einem Lenkungszylinder, wobei die Lenkung einen variab len Arbeitsstrom und einen konstanten Pilotstrom besitzt, wobei der Pilotstrom über eine Konstantblende fließt und der Druckabfall über der Konstantblende als Steuersignal für den Förderstrom in einer Druckzuleitung dient, und wobei die Do sierpumpe mechanisch mit einer Verstellblende gekoppelt ist, über die der Pilotstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Konstantblende (6) und der Verstellblende (15) ein Druckkompensator (16) liegt, der vom Differenzdruck der Verstellblende gesteuert ist, wobei zur Abnahme des Lastsig nales eine Steuerleitung (18) zwischen der Konstantblende (6) und dem Druckkompensator (16) abzweigt und zur Pumpe (2) oder bei einer Konstantpumpe (2 A) mit nachgeschaltetem Strom teilerventil (21) zum Stromteilerventil führt.

2. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkompensator (16) auf einer Stirnseite mit einer Feder (17) beaufschlagt ist, wobei der Federraum über eine Rückleitung mit dem Tank (1) oder einem Ausgleichsbehälter (29) verbunden ist, und die gegenüberliegende Stirnseite mit dem Druck vor der Verstellblende (15) beaufschlagt ist.

3. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkungszylinder (13) unausgeglichene Kolbenräume (11, 12) aufweist, wobei für den Rücklauf des Lenkhandrades (7) aus einem Einschlag je der größere Kolbenraum (11) über die Druckzuleitung (3), die Konstantblende (6), den Druckkompen sator (16) und die Verstellblende (15) mit der Rückleitung (14) zum Tank (1) verbunden ist.

4. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie der Verstellblende (15) linear zum Auslenkwin kel des Lenkhandrades (7) ist.

5. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellblende (15) im Lenkungsventil (4) integriert ist, wobei eine Öffnung für die Strömung des Druckmittels zwischen dem Lenkungsventilgehäuse und dem Lenkventilkolben gebildet ist.

6. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellkolben (25) des Druckkompensators (16) mit einer Regelfase (30) versehen ist.

7. Hydrostatische Lenkungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck am Druckkompensator (16) durch eine schwa che Auslegung der Feder (17) klein gehalten ist.