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Die
Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit hydraulischer Hilfskraftunterstützung für schwere Kraftfahrzeuge,
insbesondere mit Knicklenkung, nach dem Oberbegriff des Anspruches
1. Eine derartige Lenkeinrichtung enthält einen Steuerteil mit einer Steuereinrichtung
und einem steuerbaren Servomotor und einen Servoteil mit einer Servoschalteinrichtung,
durch die ein zuschaltbarer Servomotor von einer Servopumpe mit
Druckmittel beaufschlagt werden kann. Die Servoschalteinrichtung
enthält
zwei als Druckwaagen wirkende Servoschaltventile. Jedes Servoschaltventil
weist zwei gegeneinanderwirkende, ungleich große Steuerflächen auf. Die größere Steuerfläche ist
jeweils mit einer Arbeitsleitung des steuerbaren Servomotors verbunden,
während
die kleinere Steuerfläche
mit einer Arbeitsleitung des zuschaltbaren Servomotors verbunden
ist. Jedes Servoschaltventil weist außerdem eine weitere Steuerfläche auf,
deren Querschnitt der Differenz der beiden ungleich großen Steuerflächen entspricht.
Eine an der weiteren Steuerfläche
angreifende Kraft wirkt einer an der größeren Steuerfläche angreifenden Kraft
entgegen. Eine derartige Lenkeinrichtung ist bekannt aus der
DE 24 09 207 C3 .
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Bei
einer derartigen Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge mit hohen
Lenkleistungen, z. B. knickgelenkte Fahrzeuge, benötigen die
Servomotoren einen sehr großen
Druckmittelstrom. Aus Kostengründen
wird dabei die Steuereinrichtung der hydrostatischen Lenkung relativ
klein ausgeführt.
Nur ein kleiner Teil des von den Servomotoren benötigten Druckmittels
wird über
die Steuereinrichtung geführt. Der
größere Teil
des Druckmittels wird direkt über
die Servoschaltventile dem zuschaltbaren Servomotor des Servoteils
zugeführt.
Die Strömungskanäle in der Steuereinrichtung
des Steuerteils weisen relativ kleine Durchflußquerschnitte auf, so daß in der
Steuereinrichtung relativ hohe Druckverluste auftreten.
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Wenn
die Servoschaltventile mit gleich großen Steuerflächen ausgestattet
sind, dann wird der Druckverlust des Steuerteils auch auf den Servoteil übertragen.
Dies bedeutet, daß der
ursprünglich hohe
Druck der Druckquelle durch das als Druckwaage wirkende Servoschaltventil
auf einen Wert heruntergeregelt wird, der um die Größe des Druckverlustes
im Steuerteil unter dem ursprünglichen
Druck liegt. Dies bedeutet, daß das
Servoschaltventil künstlich
den gleichen Druckverlust erzeugt, der in der Steuereinrichtung
des Steuerteils entsteht, obwohl dies von den Durchflußquerschnitten
der Servoschalteinrichtung hier nicht erforderlich wäre.
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Ein
derartiger Druckverlust wurde beim Stand der Technik auf der Zuflußseite zu
den zuschaltbaren Servomotoren dadurch vermieden, daß die Steuerflächen der
beiden Servoschaltventile unterschiedlich groß ausgebildet sind. Dadurch
ergibt sich ein festes Druckübersetzungsverhältnis zwischen
dem von der Steuereinrichtung dem steuerbaren Servomotor zugeführten Druck
und dem von der Druckquelle über
die Servoschaltventile dem zuschaltbaren Servomotor direkt zugeführten Druck. Auf
der Ablaufseite des zuschaltbaren Servomotors wird der Druckverlust
der Steuereinrichtung des Steuerteils jedoch um das Druckübersetzungsverhältnis, d.
h. im Verhältnis
der beiden unterschiedlichen Steuerflächen, vergrößert. Die unterschiedlich groß ausgeführten Steuerflächen der
Servoschaltventile bringen deshalb nur auf der Zulaufseite zu dem
zuschaltbaren Servomotor Vorteile. Auf der Ablaufseite des zuschaltbaren
Servomotors wird der auf der Zulaufseite erzielte Wirkungsgradgewinn
jedoch wieder sehr stark reduziert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lenkeinrichtung
derart zu verbessern, daß der
Druckverlust der Steuereinrichtung des Steuerteils auf der Zulaufseite
zu dem zuschaltbaren Servomotor eliminiert wird, ohne daß gleichzeitig
auf der Ablaufseite des zuschaltbaren Servomotors eine Erhöhung des
Druckes gegenüber
dem der Steuereinrichtung des Steuerteils auftritt. Eine direkte
Verbindung der Ablaufseite des zuschaltbaren Servomotors mit dem
Druckmittelbehälter
ist nicht erwünscht, da
sich sowohl aus dynamischen Gründen
als auch aus Gründen
der Synchronisierung der Bewegung der Servomotoren mit der Bewegung
der Steuereinrichtung eine teilweise gewollte Drosselung des Druckmittelstromes
in der Steuereinrichtung zwischen dem steuerbaren Servomotor und
dem Druckmittelbehälter
auch im Servoteil abbilden soll.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Lenkeinrichtung
gelöst.
Zweckmäßige und
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmalskombinationen der
Ansprüche
beschränkt.
Für den
Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von
Ansprüchen
und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.
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Die
Lösung
der Aufgabe besteht vor allem darin, daß die zwischen den unterschiedlich
großen Steuerflächen der
Servoschaltventile angeordneten weiteren Steuerflächen nicht
wie bei der bekannten Lenkeinrichtung ständig mit dem Rücklauf zu
dem Druckmittelbehälter
verbunden sind. Die weiteren Steuerflächen können vielmehr über die
Servoschaltventile wechselweise mit dem Rücklauf zu dem Druckmittelbehälter bzw.
mit der Arbeitsleitung, die mit der größeren Steuerfläche des
Servoschaltventils verbunden ist, verbunden werden. Diese Steuerung der
Verbindungen erfolgt zweckmäßigerweise über zwei
Steuerkantenpaare, die in jedem Servoschaltventil angeordnet sind.
Damit wird auf der Zulaufseite des zuschaltbaren Servomotors über das
erste der beiden weiteren Steuerkantenpaare eine Verbindung mit
dem Rücklauf
zu dem Druckmittelbehälter
hergestellt, während
auf der Ablaufseite des zuschaltbaren Servomotors über das
zweite weitere Steuerkantenpaar eine Verbindung mit einem der größeren Steuerfläche benachbarten
Raum bzw. mit der zugehörigen
Arbeitsleitung hergestellt wird.
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Vorteilhaft
ist es dabei, wenn jedes Servoschaltventil einen Ventilkolben aufweist
mit konstantem Querschnitt, der der Größe der kleineren Steuerfläche entspricht
und außerdem
einen Steuerkolben, dessen Querschnitt der Größe der größeren Steuerfläche entspricht.
Das erste weitere Steuerkantenpaar ist zweckmäßigerweise zwischen dem Ventilkolben
und dessen zugehöriger
Ventilbohrung angeordnet, während
das zweite weitere Steuerkantenpaar zwischen dem Steuerkolben und
dessen zugehöriger Ventilbohrung
angeordnet ist.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausbildung
der Servoschaltventile ist es möglich,
die Drücke
in den Arbeitsräumen
des zuschaltbaren Servomotors gegenüber den Drücken in den Arbeitsräumen des steuerbaren
Servomotors auf der Zulaufseite um einen konstanten Faktor höher und
auf der Ablaufseite im Verhältnis
1:1 einzustellen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigt
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1 den
schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung,
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2 einen
Querschnitt durch die Servoschaltventile.
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Die
Lenkeinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Steuerteil 1 und
einem Servoteil 2. Der Steuerteil 1, der auch
als Steuerkreis bezeichnet werden kann, enthält eine über ein nicht dargestelltes
Lenkhandrad betätigbare
Steuereinrichtung 3 bekannter Art mit einer Steuerpumpe 4 und
einem Steuerventil 5 und einen steuerbaren Servomotor 6.
Eine Servopumpe 7 dient zur Verstärkung des Steuerstromes des
Steuerteils 1. Zwei Arbeitsräume 8 und 10 des
steuerbaren Servomotors 6, in 1 als kolbenstangenseitige
Arbeitsräume
zweier Hydraulikzylinder 11 bzw. 12 dargestellt,
sind durch zwei Arbeitsleitungen 13 bzw. 14 mit
dem Steuerventil 5 verbunden.
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Zwei
weitere Arbeitsräume 15 und 16 der beiden
Hydraulikzylinder 11 bzw. 12, die zusammen einen
zuschaltbaren Servomotor 17 des Servoteils 2 bilden,
sind durch zwei Arbeitsleitungen 18 bzw. 20 mit
zwei Servoschaltventilen 21 bzw. 22 einer Servoschalteinrichtung
verbunden. Die Servoschaltventile 21 und 22 sind
außerdem
mit der Servopumpe 7 und einem Druckmittelbehälter 23 verbunden.
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Zwei
erste Steuerflächen 24 und 25 der
Servoschaltventile 21 bzw. 22 sind über zwei
Steuerleitungen 26 bzw. 27 mit den Arbeitsleitungen 13 bzw. 14 verbunden.
Zwei zweite Steuerflächen 28 und 30 der
Servoschaltventile 21 bzw. 22 sind über zwei Steuerleitungen 31 bzw. 32 mit
den Arbeitsleitungen 18 bzw. 20 verbunden. Dabei
sind die ersten Steuerflächen 24 und 25 größer als
die zweiten Steuerflächen 28 und 30.
Die ersten Steuerflächen 24, 25 und die
zweiten Steuerflächen 28, 30 jedes
Servoschaltventils 21, 22 wirken gegeneinander.
Dies bedeutet, daß die
Kräfte,
die von einer Druckbeaufschlagung der Steuerflächen herrühren, gegeneinander gerichtet
sind.
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Jedes
der Servoschaltventile 21, 22 weist eine weitere
Steuerfläche 33 bzw. 34 auf,
deren Querschnitt der Differenz der beiden gegeneinanderwirkenden
ungleich großen
Steuerflächen 24, 25 bzw. 28, 30 entspricht.
Die Wirkrichtung der weiteren Steuerflächen 33 bzw. 34 ist
der Wirkrichtung der größeren Steuerflächen 24 bzw. 25 entgegengerichtet.
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Im
folgenden wird ein konstruktives Ausführungsbeispiel der beiden Servoschaltventile 21 und 22 anhand
der 2 in Verbindung mit 1 beschrieben.
Jedes Servoschaltventil 21, 22 enthält in einem
Ventilgehäuse 35 einen
Ventilkolben 36, 37 und einen Steuerkolben 38, 40.
Der Steuerkolben 38, 40 trägt die erste, größere Steuerfläche 24, 25,
der Ventilkolben 36, 37 die zweite, kleinere Steuerfläche 28, 30.
Das Ventilgehäuse 35 enthält einen
Zulaufanschluß 41,
der über
eine Zulaufleitung 42 mit der Servopumpe 7 verbunden
ist, und einen Rücklaufanschluß 43,
der über
eine Rücklaufleitung 44 mit dem
Druckmittelbehälter 23 verbunden
ist.
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An
der der größeren Steuerfläche 24, 25 gegenüberliegenden
Stirnfläche
des Steuerkolbens 38, 40 ist die weitere Steuerfläche 33, 34 ausgebildet. Ihre
wirksame Größe ergibt
sich aus der Differenz aus der größeren Steuerfläche 24, 25 und
der kleineren Steuerfläche 28, 30.
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Zwischen
jedem Ventilkolben 36, 37 und dem Ventilgehäuse 35 sind
zwei Steuerkantenpaare 45 und 46 bzw. 47 und 48 gebildet, über die
wechselweise der Zulaufanschluß 41 und
der Rücklaufanschluß 43 mit
den Arbeitsleitungen 18 bzw. 20 verbunden werden
können.
In der Neutralstellung der Servoschaltventile 21 und 22 sind
die Verbindungen zwischen dem Zulaufanschluß 41, dem Rücklaufanschluß 43 und
den Arbeitsleitungen 18 und 20 gesperrt.
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Jedes
Servoschaltventil 21, 22 weist ein erstes weiteres
Steuerkantenpaar 50, 51 auf, das zwischen dem
Ventilkolben 36, 37 und dem Ventilgehäuse 35 gebildet
ist, und ein zweites weiteres Steuerkantenpaar 52, 53,
das zwischen dem Steuerkolben 38, 40 und dem Ventilgehäuse 35 gebildet
ist.
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Der
Ventilkolben 36, 37 und der Steuerkolben 38, 40 können fest
miteinander verbunden sein. Um jedoch ein Auftreten von Quetschöl durch
Fertigungstoleranzen an den ersten und zweiten weiteren Steuerkantenpaaren 50, 51 und 52, 53 sowie
ein Verklemmen der Kolben durch Fluchtungsfehler zu verhindern,
werden die Steuerkolben 38 und 40 zweckmäßigerweise
getrennt von dem Ventilkolben 36 und 37 ausgeführt. Zur
Festlegung des genauen Abstandes zwischen den ersten und zweiten
weiteren Steuerkantenpaaren 50, 51 und 52, 53 dient
ein zwischen dem Ventilkolben 36, 37 und dem Steuerkolben 38, 40 angeordneter
Zapfen 54, 55, der zweckmäßigerweise mit dem Steuerkolben 38, 40 fest
verbunden ist. Der Zapfen 50, 55 ist durch eine
Bohrung 56, 57 des Ventilgehäuses 35 hindurchgeführt und
weist eine örtliche
Abflachung oder Nut 58, 60 auf, die einen Verbindungskanal 61, 62 bildet. Über das
erste weitere Steuerkantenpaar 50, 51, das in
der Neutralstellung des Servoschaltventils 21, 22 Null-Überdeckung
aufweist, und über
den Verbindungskanal 61, 62 kann ein Raum 63, 64,
der an die weitere Steuerfläche 33, 34 angrenzt,
mit dem Rücklauf
zu dem Druckmittelbehälter 23 verbunden
werden.
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Über das
zweite weitere Steuerkantenpaar 52, 53 und einen
in dem Ventilgehäuse 35 angeordneten
Kanal 65, 66 kann der Raum 63, 64 mit
einem der größeren Steuerfläche 24, 25 benachbarten Raum 67, 68 und
damit mit der Steuerleitung 26, 27 verbunden werden.
Das zweite weitere Steuerkantenpaar 52, 53 weist
in der Neutralstellung des Servoschaltventils 21, 22 ebenfalls
Null-Überdeckung auf.
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Im
folgenden wird die Funktion der Lenkeinrichtung beschrieben: Durch
eine Lenkbewegung in einer Richtung steigt beispielsweise der Druck
in dem Arbeitsraum 8 an. Dieser Druck wird über die
Arbeitsleitung 13 und die Steuerleitung 26 auf
die Steuerfläche 24 des
Servoschaltventils 21 übertragen.
Liegt der Druck in dem Arbeitsraum 15 des zuschaltbaren Servomotors 17 dabei
unter dem Druck des Arbeitsraums 8 des steuerbaren Servomotors 6,
so wird durch diese Druckdifferenz, die auch auf die Steuerflächen 24 und 28 wirkt,
das Servoschaltventil 21 nach links verstellt. Dabei wird
der Raum 63 über
das geöffnete
Steuerkantenpaar 50 mit der Rücklaufleitung 44 und
dem Druckmittelbehälter 23 verbunden. Gleichzeitig
wird eine Verbindung hergestellt zwischen der zu dem Arbeitsraum 15 führenden
Arbeitsleitung 18 und der Zulaufleitung 42 und
damit der Servopumpe 7. Durch die Verbindung des Raumes 63 mit
dem Druckmittelbehälter 23 wirkt
das Servoschaltventil 21 als Druckwaage mit zwei einander
gegenüberliegenden,
verschieden großen
Flächen,
deren größere an
den Steuerkreis angeschlossen ist. Zur Erzielung eines Gleichgewichtszustandes
der Druckwaage muß der
Druck auf die Steuerfläche 28 um
den konstanten Druckübersetzungsfaktor "Querschnitt der Steuerfläche 24 dividiert
durch Querschnitt der Steuerfläche 28" größer sein.
Der Ventilkolben 36 des Servoschaltventils 21 wird
sich daher so weit nach links verschieben, bis sich über die
Zulaufleitung 42 und die Arbeitsleitung 18 in
dem Arbeitsraum 15 ein entsprechend hoher Druck aufgebaut
hat. Ist der Druck in der Zulaufleitung 42 gegenüber dem
auf die Steuerfläche 24 wirkenden
Druck nicht um den Druckübersetzungsfaktor
höher,
dann wird der Ventilkolben 36 des Servoschaltventils 17 in seine äußerste linke
Lage verschoben.
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Bei
dieser Lenkbewegung wird der Arbeitsraum 10 des steuerbaren
Servomotors 6 mit dem Druckmittelbehälter 23 verbunden. Über die
Steuerleitung 27 steht der niedere Druck des Arbeitsraumes 10 gleichzeitig
auf der Steuerfläche 25 des
Servoschaltventils 22. Der in dem Arbeitsraum 16 des
zuschaltbaren Servomotors 17 anstehende Druck wird über die
Arbeitsleitung 20 und die Steuerleitung 32 auf
die Steuerfläche 30 des
Servoschaltventils 22 geleitet. Dadurch wird sich der Ventilkolben 37 des
Servoschaltventils 22 nach rechts verschieben. Der Raum 64 wird
durch das sich öffnende
Steuerkantenpaar 53 über
den Kanal 66 mit dem Raum 68 verbunden. Diese
Verbindung macht die Flächenunterschiede
zwischen den Steuerflächen 25 und 30 hydraulisch
unwirksam. Dadurch sind an dem Servoschaltventil 22 zwei
gleich große
Steuerflächen
wirksam. Gleichzeitig wird die Arbeitsleitung 20 über das
geöffnete
Steuerkantenpaar 47 mit der Rücklaufleitung 44 verbunden.
Infolge der gleich großen
wirksamen Steuerflächen
wird sich das Steuerkantenpaar 47 so weit öffnen, daß der Druck
in der Arbeitsleitung 20 und damit in dem Arbeitsraum 16 gleich
dem Druck in der Arbeitsleitung 14 und damit in dem Arbeitsraum 10 ist.
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Aus
der Beschreibung dieser Lenkbewegung wird deutlich, daß der Druck
in dem Arbeitsraum 15 des zuschaltbaren Servomotors 17 gegenüber dem Druck
in dem Arbeitsraum 8 des steuerbaren Servomotors 6,
d. h., der jeweilige Druck auf der Zulaufseite, um einen konstanten
Faktor höher
ist. Der Druck in dem Arbeitsraum 10 des steuerbaren Servomotors 6 und
der Druck in dem Arbeitsraum 16 des zuschaltbaren Servomotors 17,
d. h., bei dieser Lenkbewegung der jeweilige Druck auf der Ablaufseite,
stehen zueinander im Verhältnis
1:1.
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- 1
- Steuerteil
- 2
- Servoteil
- 3
- Steuereinrichtung
- 4
- Steuerpumpe
- 5
- Steuerventil
- 6
- steuerbarer
Servomotor
- 7
- Servopumpe
- 8
- Arbeitsraum
- 9
-
- 10
- Arbeitsraum
- 11
- Hydraulikzylinder
- 12
- Hydraulikzylinder
- 13
- Arbeitsleitung
- 14
- Arbeitsleitung
- 15
- Arbeitsraum
- 16
- Arbeitsraum
- 17
- zuschaltbarer
Servomotor
- 18
- Arbeitsleitung
- 19
-
- 20
- Arbeitsleitung
- 21
- Servoschaltventil
- 22
- Servoschaltventil
- 23
- Druckmittelbehälter
- 24
- erste
Steuerfläche
- 25
- erste
Steuerfläche
- 26
- Steuerleitung
- 27
- Steuerleitung
- 28
- zweite
Steuerfläche
- 29
-
- 30
- zweite
Steuerfläche
- 31
- Steuerleitung
- 32
- Steuerleitung
- 33
- weitere
Steuerfläche
- 34
- weitere
Steuerfläche
- 35
- Ventilgehäuse
- 36
- Ventilkolben
- 37
- Ventilkolben
- 38
- Steuerkolben
- 39
-
- 40
- Steuerkolben
- 41
- Zulaufanschluß
- 42
- Zulaufleitung
- 43
- Rücklaufanschluß
- 44
- Rücklaufleitung
- 45
- Steuerkantenpaar
- 46
- Steuerkantenpaar
- 47
- Steuerkantenpaar
- 48
- Steuerkantenpaar
- 49
-
- 50
- erstes
weiteres Steuerkantenpaar
- 51
- erstes
weiteres Steuerkantenpaar
- 52
- zweites
weiteres Steuerkantenpaar
- 53
- zweites
weiteres Steuerkantenpaar
- 54
- Zapfen
- 55
- Zapfen
- 56
- Bohrung
- 57
- Bohrung
- 58
- Nut
- 59
-
- 60
- Nut
- 61
- Verbindungskanal
- 62
- Verbindungskanal
- 63
- Raum
- 64
- Raum
- 65
- Kanal
- 66
- Kanal
- 67
- Raum
- 68
- Raum