DE4304376C2 - Lastmessendes Lenkungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kreislauf, der aus einem ersten Lenkungs- und einem zweiten Verbraucherkreislauf besteht. Beide Kreisläufe werden von einer gemeinsamen Hydraulikpumpe versorgt, wobei der Lenkungskreislauf absoluten Vorrang besitzt. Derartige Kreisläufe kommen vorrangig in mobilen Anlagen zur Anwendung.

Solche Kreisläufe mit den entsprechende Einrichtungen sind zum Beispiel aus den DE 27 23 490 A1 und DD 2 27 102 A1 bekannt.

In der Hauptsache bestehen diese Kreisläufe aus einer gemeinsamen Konstantpumpe und einem gemeinsamen Strom­ teilventil, einer hydrostatischen Lenkeinrichtung und einem Lenkzylinder einerseits und einem Wegeventil und einem Arbeitszylinder andererseits.

Das Stromteilventil ist fremdgesteuert ausgeführt und erhält sein Steuersignal als sogenanntes Lastsignal aus der hydrostatischen Lenkeinrichtung. Nach diesem Lastsi­ gnal reguliert das Stromteilventil seine Durchflußquer­ schnitte in der Art, daß der Lenkkreislauf vorrangig und bedarfsgerecht und der Arbeitskreislauf mit dem über­ schüssigen Drucköl versorgt wird.

Es ist mittlerweile bekannt, daß bei derartigen Kreis­ läufen unvertretbare Energieverluste auftreten.

Die Ursachen dafür sind in erster Linie in der hohen Re­ geldruckdifferenz des Stromteilventiles zu suchen. Diese Regeldruckdifferenz wird bestimmt von den Druckverlusten im Leitungssystem und in der Lenkeinrichtung, dem Ver­ drängungsvolumen der Dosierpumpe und der projektierten maximalen Drehzahl am Lenkrad. Aus dieser Regeldruckdif­ ferenz ergibt sich ein sogenannter Vorspanndruck, der über eine Steuerleitung an der nichtfederbelasteten Sei­ te des Stromteilventiles anliegt. Die Höhe dieses Vor­ spanndruckes muß so konzipiert sein, daß die Lenkein­ richtung bei einer maximalen Lenkdrehzahl noch ausrei­ chend mit Öl versorgt wird. Da die häufigsten Betriebs­ zustände des gattungsgemäßen Kreislaufes darin bestehen, die Lenkeinrichtung lediglich im unteren bzw. mittleren Drehzahlbereich zu betreiben oder gar in geschlossener Mittelstellung zu halten, ist jeder Kreislauf für diese häufigen Betriebszustände überdimensioniert. Das bedeu­ tet, daß stets gegen diesen hohen Vorspanndruck gearbei­ tet werden muß, um den Lenkkreislauf mit Öl zu versor­ gen. Diese aufzubringende Energie geht der sinnvollen Nutzung verloren.

Zur Beseitigung dieses energetischen Nachteils wurde be­ kannt, derartige hydraulische Kreisläufe mit einem dyna­ mischen Lastsignal zu betreiben.

Dazu wird die das Lastsignal führende Steuerleitung mit dem Tank verbunden. In dieser Steuerleitung ist parallel zum Stromteilventil eine verstellbare Drossel angeord­ net, deren Drosselquerschnitt in umgekehrter Proportio­ nalität vom Ausschlag des Lenksteuerventiles verstellt wird.

Das bedeutet, daß der Drosselquerschnitt bei voll ausgelenktem Lenksteuerventil geschlossen und in der Neutralstellung maximal geöffnet ist. Damit ist es möglich, den Druck in der Lastsignal­ leitung nach Bedarf anzustauen und damit die Regeldruckdifferenz des Stromteilventiles durch den Auslenkwinkel des Lenksteuerven­ tiles zu verändern. Die Regeldruckdifferenz ist bei voller Aus­ lenkung maximal und bei unbetätigter Lenkung minimal.

Auch diese Ausführung hat energetische Nachteile, da der ständig fließende Steuerölstrom der Nutzung verloren geht und von der Pumpe zusätzlich gefördert werden muß.

Das Problem der zu hohen Druckstromverluste ist auch aus dem Be­ reich der einfachen Lenkkreisläufe bekannt.

So wird in der DE 42 07 928 A1 ein solcher Kreislauf mit einem Open-Center-Lenkventil beschrieben und zur Minimierung eines Überschußstromes vorgeschlagen, eine von der Hauptleitung zum Tank führende Nebenleitung mit einem Bypaßventil anzuordnen und das Bypaßventil von einem Venturiventil in der Rücklaufleitung anzusteuern.

Diese Lösung ist jedoch nicht lenkungsspezifisch ausgerichtet und daher nicht für komplizierte Lenkungskreisläufe in Verbin­ dung mit einem zweiten Arbeitskreislauf einsetzbar. Obendrein ist sie für Lenkungsventile in Open-Center-Ausführung ungeeignet.

Die Aufgabe besteht darin, zur Verbesserung der Energiebilanz eines gattungsgemäßen Hydraulikkreislaufes die Regeldruckdiffe­ renz am Stromteilventil dem Ölstrombedarf an der Lenkeinrichtung anzupassen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Zulaufleitung zwi­ schen dem Stromteilventil und der Lenkeinrichtung ein Drossel­ ventil mit konstantem Öffnungsquerschnitt angeordnet ist und sich die Druckentnahmestelle für die Steuerleitung zum Strom­ teilventil im Bereich der Querschnittsverengung des Drosselele­ mentes befindet.

Es ist von Vorteil, das Drosselelement gerätetechnisch im Strom­ teilventil anzuordnen.

Die neuartige Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß sie die Vor­ züge aller bekannten Lösungen in sich vereint. So versorgt sie den Lenkkreislauf bedarfsgerecht und reaktionsschnell und si­ chert eine druckverlustarme Versorgung beider Kreisläufe. Im Zusammenhang mit der lastmessenden Steuerung des Stromteil­ ventiles treten keine Energieverluste auf.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert werden.

Dazu zeigt die

Fig. 1 ein Schaltbild eines Kreislaufes für eine Lenk- und Arbeitshydraulik.

Danach besteht der Kreislauf aus den Standardelementen Tank 1, Pumpe 2 und Druckbegrenzungsventil 3. Eine Druckleitung 4 der Pumpe 2 führt zu einem fremdgesteuer­ ten Stromteilventil 5 mit einem einseitig federbelaste­ ten Regelschieber.

Innerhalb des Stromteilventiles 5 verzweigt sich die Druckleitung 4 in eine Zulaufleitung 6 für einen Len­ kungskreislauf und eine Zulaufleitung 7 für einen Ar­ beitskreislauf.

Zum Arbeitskreislauf gehört ein Wegeventil 8 und ein Ar­ beitszylinder 9.

Der Lenkkreislauf setzt sich im wesentlichen aus einer hydrostatischen Lenkeinrichtung 10 und einem Lenkzylin­ der 11 zusammen. Erfindungsgemäß ist in der Zulauflei­ tung 6 zwischen dem Stromteilventil 5 und der Lenkein­ richtung 10 ein nicht verstellbares Drosselelement 12 angeordnet. Die Lenkeinrichtung 10 besteht bekannterma­ ßen aus einem, von einem Lenkrad 1.3 ansteuerbaren Steu­ erventil 14 und einer Dosierpumpe 15 und besitzt Versor­ gungsanschlüsse 16 für den Zulauf, 17 für den Rücklauf und 18 und 19 für den Lenkzylinder 11, sowie einen Steueranschluß 20 für das Lastsignal. Von diesem Steuer­ anschluß 20 führt eine Steuerleitung 21 zur federbela­ steten Seite des Stromteilventiles 5.

Vom erfindungsgemäß angeordneten Drosselelement 12 führt eine Steuerleitung 22 zur nichtfederbelasteten Seite des Stromteilventiles 5.

Wesentlich ist, daß sich die Druckentnahmestelle für diese Steuerleitung 22 innerhalb des Drosselelementes 12 und zwar im Bereich seiner Querschnittsverengung befin­ det.

Die Funktion einer derartigen Hydraulikanlage ist hin­ länglich bekannt.

In der Neutralstellung der Lenkeinrichtung 10 ist auf Grund der konstruktiven Ausführung der Durchfluß durch die Lenkeinrichtung 10 geschlossen. Der Ölstrom liegt mit dem vollen Anlagendruck am Verbraucheranschluß 16 an. Dieser Druck wird an der Druckentnahmestelle inner­ halb des Drosselelementes 12 gemessen und über die Steu­ erleitung 22 als Drucksignal der nichtfederbelasteten Seite des Stromteilventiles 5 zugeführt. Auf Grund der Druckverhältnisse verschiebt sich der Regelschieber des Stromteilventiles 5 entgegen der Kraft seiner Regelfe­ der. In seiner Endstellung wird die Zulaufleitung 6 ge­ schlossen und die Zulaufleitung 7 zum Arbeitszylinder 9 voll geöffnet.

Bei Auslenkung des Steuerventiles 14 der Lenkeinrichtung 10 werden Öffnungsquerschnitte frei, die über die Do­ sierpumpe 15 einen Durchfluß zu einem der Versorgungsan­ schlüsse 18 oder 19 und damit zum Lenkzylinder 11 ge­ währleisten. Der sich in Abhängigkeit von der Last am Lenkzylinder 11 aufbauende Druck pflanzt sich entgegen der Strömungsrichtung über die Lenkeinrichtung 10, den Steueranschluß 20 und der Steuerleitung 21 fort und wird der federbelasteten Seite des Stromteilventiles 5 als Lastsignal zur Verfügung gestellt. Entsprechend den Ver­ hältnissen zwischen dem Zulaufdruck einerseits und dem Lastdruck und der Kraft der Regelfeder andererseits nimmt der Regelschieber des Stromteilventiles 5 eine Gleichgewichtsstellung ein, die den von der Pumpe 2 ge­ förderten Ölstrom in einen Lenkungs- und einen Zweit­ strom aufteilt.

Der bei Lenkbetätigung über die Lenkeinrichtung 10 flie­ ßende Ölstrom erzeugt am Drosselelement 12 bestimmte Druckverhältnisse. So stellt dich innerhalb der Quer­ schnittsverengung des Drosselelementes 12 nach der Ber­ noulli-Regel ein statischer Druck ein, der mit zunehmen­ den Ölstrom und bei gleichbleibendem Eingangsdruck ab­ sinkt. Da sich dieser durch das Drosselelement 12 flie­ ßende Strom nach der Auslenkung des Steuerventiles 14 richtet, verhält sich also der im Drosselelement 12 ein­ stellende statische Druck zum Lenkungsausschlag umge­ kehrt proportional. Bei minimalem Lenkausschlag stellt sich ein maximaler statischer Druck in einer konzipierten Höhe und bei maximalem Lenkausschlag ein minimaler Druck in der Steuerleitung 22 ein. Damit entspricht die Regel­ druckdifferenz am Stromteilventil 5 stets dem tatsächli­ chen Druckabfall über die Lenkeinrichtung 10 in der mo­ mentanen Lenksituation.

Claims (3)

1. Lastmessendes Lenkungssystem mit einem ersten Len­ kungskreislauf und einem zweiten Arbeitskreislauf, be­ stehend aus

• - einer gemeinsamen Pumpe und einem gemeinsamen und fremdgesteuerten, einseitig federbelasteten Strom­ teilventil,
• - einem Wegeventil und einem Arbeitszylinder für den Arbeitskreislauf und
• - einer hydrostatischen Lenkeinrichtung mit einer ver­ stellbaren Drossel und einem Lenkzylinder für den Lenkkreislauf,
• - wobei die Lenkeinrichtung stromabwärts nach der verstellbaren Drossel eine Lastsignalentnahmestelle besitzt, die mit der federbelasteten Seite des Strom­ teilventiles verbunden ist und vor der verstellbaren Drossel eine Drucksignalentnahmestelle besitzt, die mit der nichtfederbelasteten Seite des Stromteilventi­ les verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulaufleitung (6) zwischen dem Stromteilventil (5) und der Lenkeinrichtung (10) ein Drosselelement (12) mit konstantem Öffnungsquerschnitt angeordnet ist und sich die Drucksignalentnahmestelle für die Steuerleitung (22) im Bereich der Querschnittsverengung des Drosselelemen­ tes (12) befindet.

2. Lastmessendes Lenkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselelement (12) gerätetechnisch im Stromteilventil (5) eingeordnet ist.