DE4416084C2 - Steuerungsvorrichtung für verstellbare Teile, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für verstellbare Teile, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Steuerungsvorrichtungen sind beispielsweise Servolenkungen bei Kraftfahrzeugen, mit denen lastabhän­ gig gesteuert werden kann. Solche Steuerungsvorrichtun­ gen finden aber auch Einsatz in der Industriehydraulik und überall dort, wo Bewegungen hydraulisch ausgelöst werden. Bei diesen bekannten Steuerungsvorrichtungen fördert die Pumpe das Hydraulikmedium ständig, selbst wenn der verstellbare Teil keine Bewegung ausführt. Dar­ um ist die Verlustleistung dieser Steuerungsvorrichtun­ gen hoch. So ist beispielsweise bei einer Servolenkung in Kraftfahrzeugen die maximale Leistung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl etwa zehnmal höher als die zur Er­ füllung der eigentlichen Steuerungsaufgabe notwendige Leistung.

Bei der gattungsgemäßen Steuerungsvorrichtung (DE 40 17 004 A1) ist die Schalteinrichtung so ausgebil­ det, daß sie bei Stillstand des Stellelementes die Ver­ sorgung durch die Pumpe indirekt unterbricht. Das Schaltventil hat einen Kolben, der durch Druckbeauf­ schlagung mittels Hydraulikmedium aus einer Mittelstel­ lung in eine Endstellung verschoben wird. Dadurch wird die Schalteinrichtung geschlossen, so daß sie die Pumpe zum Verschieben des Stellelementes unter Druck setzen kann. Nach Ausübung des Arbeitshubes des Stellelementes wird der Kolben des Schaltventiles durch Beaufschlagung auf seiner anderen Seite wieder in seine Mittelstellung zurückgeschoben. Dadurch wird eine Steuerleitung, die mit der Schalteinrichtung verbunden ist, geschlossen. Eine Feder schiebt dann die Schalteinrichtung in eine Öffnungsstellung zurück, wodurch die Pumpe mit dem Tank verbunden wird. Die Leitungsverbindung von der Pumpe zum Stellelement wird dadurch nicht schlagartig unterbro­ chen, sondern in Abhängigkeit vom c-Wert der Druckfeder der Schalteinrichtung. Insbesondere ist ein Druckaufbau erforderlich, um den Kolben des Schaltventiles aus der verschobenen Lage in die Mittellage zurückzuschieben. Zur Erzeugung des erforderlichen Druckes im Hydraulikme­ dium sind zusätzliche Teile erforderlich, wodurch die Steuervorrichtung einen entsprechend aufwendigen Aufbau erhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Steuerungsvorrichtung so auszubilden, daß die Verlustleistung bei konstruktiv einfacher Ausbildung mi­ nimiert wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Steuerungs­ vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung wird die Leitungsverbindung von der Pumpe zum Schaltventil und damit zum Stellelement schlagartig und direkt unterbro­ chen, wenn der verstellbare Teil keine Bewegung aus­ führt. Die Pumpe stellt darum nur dann eine Leistung zur Verfügung, wenn eine entsprechende Stellbewegung ausge­ führt werden soll. Das Hydraulikmedium strömt bei Still­ stand des verstellbaren Teiles über die Drosselstelle der Schalteinrichtung sowie über die Tankrückführleitung in den Tank. Der Druck im Hydraulikmedium wird darum in­ nerhalb kürzester Zeit so weit abgebaut, daß das Rück­ schlagventil schließt. Der abnehmende Druck im Hydrau­ likmedium führt bei Unterschreiten eines vorgegebenen Vorspanndruckes des Hydraulikmediums dazu, daß auch das Schaltventil zurückschaltet und die Leitungsverbindung von der Pumpe zum Stellelement schlagartig unterbricht. Über die Größe der Öffnung der Drosselstelle kann ein­ fach diejenige Zeit eingestellt werden, die zum Abschal­ ten der Pumpe benötigt wird. Der Druckabfall bei Still­ stand des verstellbaren Teiles wird somit dazu ausge­ nutzt, das Schaltventil wieder in seine Unterbrechungs­ stellung zurückzuführen. Zusätzliche Teile zum Aufbau eines erneuten Druckes im Hydraulikmedium zum Zurück­ schalten des Schaltventiles sind nicht erforderlich. Da das Hydraulikmedium, wenn der verstellbare Teil still­ steht, nicht mehr zum Stellelement gepumpt wird, muß die Pumpe auch keine Leistung erzeugen. Die Verlustleistung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung ist darum sehr gering. Die lastabhängig arbeitende Steuerungsvor­ richtung findet Verwendung vorzugsweise in der Kraft­ fahrzeughydraulik, beispielsweise als Servolenkung, kann aber auch in der Industriehydraulik eingesetzt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung.

Solche Steuerungsvorrichtungen werden beispielsweise bei Kraftfahrzeugen für die Servolenkung eingesetzt. Die Steuerungsvorrichtung kann aber auch in der Industriehy­ draulik und überall dort eingesetzt werden, wo Bewegun­ gen hydraulisch ausgelöst werden sollen. In der Zeich­ nung ist die Steuerungsvorrichtung beispielhaft als Ser­ volenkung dargestellt. Das Lenkrad 1 des (nicht darge­ stellt) Kraftfahrzeuges ist in bekannter Weise mecha­ nisch mit einem Stellelement 2 verbunden, das hydraulisch unterstützt wird. Das Verstellelement 2 ist ein Kolben, der zwei Druckräume 3 und 4 voneinander trennt. Sie kön­ nen in einem Gehäuse oder in einer Bohrung eines Gehäu­ ses vorgesehen sein. Beide Druckräume 3, 4 sind über Leitungen 5 und 6 an ein Schaltventil 7 angeschlossen, das in bekannter Weise mit dem Lenkrad 1 verbunden ist und von ihm gesteuert wird. Das Schaltventil 7 ist über eine Leitung 8, in der ein Rückschlagventil 9 sitzt, an eine Pumpe 10 angeschlossen, die Hydraulikmedium aus ei­ nem Tank 11 fördert.

Zwischen dem Schaltventil 7 und der Pumpe 10 befindet sich ein Schaltventil 12, das in noch zu beschreibender Weise die Pumpe 10 dann abschaltet, wenn eine Stellauf­ gabe nicht ausgeführt werden muß.

Wird das Lenkrad 1 beispielsweise so gedreht, daß der Kolben 2 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird, dann wird das im Druckraum 4 befindliche Hydraulikmedium über die Leitung 6 verdrängt. Gleichzeitig mit dem Dre­ hen des Lenkrades 1 wird das Schaltventil 7 so geschal­ tet, daß das Hydraulikmedium über die Leitung 6 zu einem Vorschaltventil 13 gelangt. Es hat ein vorgespanntes Rückschlagventil 14 sowie eine parallele Drosselstelle 15.

Da das Rückschlagventil 14 mit der Druckfeder 16 vorge­ spannt ist, wird das aus dem Druckraum 4 verdrängte Hy­ draulikmedium mit einem entsprechenden Druck vorge­ spannt. Über eine Leitung 17 wirkt dieses vorgespannte Hydraulikmedium auf das Schaltventil 12, das dadurch so geschaltet wird, daß die Pumpe 10 das Hydraulikmedium über die Leitung 8 und das Schaltventil 7 in den Druck­ raum 3 fördert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Kolben 2 durch das Hydraulikmedium entsprechend der Drehbewegung des Lenkrades 1 beaufschlagt wird.

Wird das Lenkrad 1 nicht mehr gedreht, bleibt der Kolben 2 in einer entsprechenden Lage stehen. Das Hydraulikme­ dium im Druckraum 4 strömt dann in Strömungsrichtung hinter dem Schaltventil 7 durch eine Bypassleitung 18, in der sich die Drosselstelle 15 befindet. Dadurch kann dieses Hydraulikmedium über die Tankrückführleitung 19 zum Tank 11 zurückströmen. Infolge dieser Bypassleitung 18 wird der Druck im Hydraulikmedium innerhalb kürzester Zeit so weit abgebaut, daß das Rückschlagventil 14 schließt. Der abnehmende Druck im Hydraulikmedium wirkt sich über die Leitung 17 auch auf das Schaltventil 12 aus, das so ausgelegt ist, daß es bei Unterschreiten ei­ nes vorgegebenen Vorspanndruckes des Hydraulikmediums zurückschaltet. Diese zurückgeschaltete Stellung ist in der Zeichnung dargestellt. Das von der Pumpe 10 geför­ derte Hydraulikmedium gelangt über die Leitung 20 in ei­ ne Bohrung 21 im Schaltventil 12, über die das Hydrau­ likmedium in den Tank 11 zurückgefördert wird.

Über die Größe der Öffnung der Drosselstelle 15 läßt sich sehr einfach diejenige Zeit einstellen, die zum Ab­ schalten der Pumpe 10 benötigt wird. Je größer der Öff­ nungsquerschnitt ist, um so schneller kann der Druck im Hydraulikmedium abgebaut werden und desto schneller schaltet die Pumpe 10 ab. Der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle 15 darf allerdings höchstens nur so groß sein, daß der zum Betätigen des Schaltventiles 12 erfor­ derliche Staudruck im Hydraulikmedium auch erzeugt wird.

Wird das Lenkrad 1 in der anderen Richtung gedreht, dann wird der Kolben 2 in der Zeichnung nach links verscho­ ben. In diesem Falle wird das im Druckraum 3 befindliche Hydraulikmedium über die Leitung 5 verdrängt. Gleichzei­ tig wird das Schaltventil 7 durch die Lenkbewegung so umgeschaltet, daß das Hydraulikmedium über die Leitung 5 und das Schaltventil 7 zum vorgespannten Rückschlagven­ til 14 strömen kann. Dort baut sich entsprechend der Vorspannkraft der Druckfeder 16 im Hydraulikmedium ein Druck auf, der wiederum auf das Schaltventil 12 wirkt, das dadurch entsprechend verstellt wird. Die Pumpe 10 kann dann das Hydraulikmedium über das Rückschlagventil 9 und die Leitung 8 in den Druckraum 4 fördern, so daß der Kolben 2 entsprechend unter Druck steht. Bleibt das Lenkrad 1 stehen, bleibt auch der Kolben 2 in der jewei­ ligen Lage stehen. Das Hydraulikmedium im Druckraum 3 kann dann über die Bypassleitung 18 in der beschriebenen Weise zum Tank 11 abströmen, wobei der Druck im Hydrau­ likmedium innerhalb kürzester wiederum so weit abgebaut wird, daß das Rückschlagventil 14 schließt. Das Schalt­ ventil 12 wird in der beschriebenen Weise zurückgeschal­ tet, so daß das von der Pumpe 10 geförderte Hydraulikme­ dium nicht mehr in die Leitung 8, sondern in die Bohrung 21 gelangt, über die das von der Pumpe geförderte Medium zurück zum Tank 11 fließt.

Aufgrund der beschriebenen Ausbildung wird das Hydrau­ likmedium nur dann zum Kolben 2 gefördert, wenn eine Stellaufgabe erforderlich ist, wenn also das Lenkrad 1 gedreht wird. Sobald das Lenkrad 1 stillsteht, wird das Schaltventil 12 so umgeschaltet, daß das Hydraulikmedium über die Bohrung 21 zum Tank 11 zurückfließt. Die Pumpe 10 muß darum in diesem Stadium praktisch keine Leistung bringen, da das Hydraulikmedium über die Bohrung 21 zum Tank 11 zurückgefördert wird. Darum ist die Verlustlei­ stung der Steuervorrichtung sehr gering.

In der Zeichnung ist die Möglichkeit dargestellt, daß auch in der Leitung 17 eine Drosselstelle 22 vorgesehen ist. Parallel zu ihr ist in einer Bypassleitung 23 ein vorgespanntes Rückschlagventil 24 vorgesehen. Wird das Lenkrad 1 in der beschriebenen Weise zunächst so ge­ dreht, daß der Kolben 2 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird und bleibt dann das Lenkrad in dieser verdrehten Stellung, bleibt der Kolben 2 stehen. Das im Druckraum 4 befindliche Hydraulikmedium strömt dann in der beschriebenen Weise über die Bypassleitung 18 und die Drosselstelle 15 zur Tankrückführleitung 19. Der ab­ nehmende Druck im Hydraulikmedium wirkt sich über die Leitung 17 und die Drosselstelle 22 auf das Schaltventil 12 aus, das in der beschriebenen Weise zurückgeschaltet wird. Die Größe der Öffnung der Drosselstelle 22 legt fest, wie schnell das Schaltventil 12 zurückgeschaltet wird.

Wird das Lenkrad 1 so gedreht, daß der Kolben 2 in der Zeichnung nach links verschoben wird, wird das im Druck­ raum 3 befindliche Hydraulikmedium über die Leitung 5 verdrängt. Gleichzeitig wird das Schaltventil 7 durch die Lenkbewegung so umgeschaltet, daß das Hydraulikme­ dium über die Leitung 5 und das Schaltventil 7 zum vor­ gespannten Rückschlagventil 14 strömen kann. Dort baut sich in der beschriebenen Weise der Hydraulikdruck auf, der über die Leitung 17 auf das Schaltventil 12 wirkt. Die Größe der Öffnung der Drosselstelle 22 in der Lei­ tung 17 bestimmt wiederum die Schaltzeit des Schaltven­ tils 12.

In der Zeichnung ist die Möglichkeit dargestellt, die Pumpe 10 mittels eines Elektromotors 25 ein- und auszu­ schalten. Mit diesem Motor 25 kann die Pumpe 10 abge­ schaltet werden, wenn das Lenkrad 1 nicht betätigt wird. Ein Schalter 26 wird vom digitalen Signal des Schaltven­ tils 12 betätigt.

Die Steuerungsvorrichtung kann einen Speicher 27 für das Hydraulikmedium aufweisen. Er stellt das Hydraulikmedium bei der Betätigung des Lenkrades 1 sofort zur Verfügung. Ist ein solcher Speicher nicht vorhanden, benötigt die Pumpe 10 eine gewisse Zeit, bis das Hydraulikmedium ge­ fördert wird und der Druck im Hydraulikmedium aufgebaut ist. Durch den Speicher 27 steht das Hydraulikmedium so­ fort bereit, so daß die Lenkung in der Anlaufphase der Pumpe 10 nicht beeinträchtigt ist. Der Speicher 27 ist über eine Leitung 28 an die Leitung 20 im Bereich zwi­ schen der Pumpe 10 und dem Schaltventil 12 angeschlos­ sen. In der Leitung 28 sitzt ein Druckschalter 29, der die Pumpe 10 dann abschaltet, wenn in der Leitung 28 der Nenndruck erreicht ist.

Zwischen der Pumpe 10 und der Leitung 28 befindet sich in der Leitung 20 ein in Richtung auf das Schaltventil 12 öffnendes Rückschlagventil 30.

Anstelle des Schaltventiles 12 kann auch das Schaltven­ til 12a vorgesehen sein. Es ist erforderlich bei Verwen­ dung des Speichers 27 und wird vorteilhaft in Verbindung mit dem Elektromotor 25 eingesetzt. Das Schaltventil 12a hat keine Bohrung, so daß bei einer entsprechenden Stel­ lung des Schaltventiles 12a keine Verbindung zwischen der Leitung 20 und dem Tank 11 besteht. Eine solche Boh­ rung ist auch nicht erforderlich, weil mit dem Elektro­ motor 25 die Pumpe 10 bei Stillstand des Lenkrades 1 ab­ geschaltet wird, so daß die Pumpe 10 kein Hydraulikme­ dium mehr fördert. Auch bei einer solchen Ausführungs­ form wird der Schalter 26 vom digitalen Signal des Schaltventils 12a betätigt. Die Pumpe 10 wird dann mit­ tels des Schaltsignals ein- oder abgeschaltet.

Schließlich ist in der Zeichnung mit gestrichelten Li­ nien noch eine andere Lage des Speichers 27 dargestellt. Diese Schaltung wird eingesetzt, wenn die Pumpe z. B. von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, welcher nicht abschaltbar ist. Dadurch wird auch das Ventil 12 benötigt. In diesem Falle ist der Speicher 27 über die Leitung 28 im Bereich zwischen dem Schaltventil 12 und dem Rückschlagventil 9 an die Leitung 8 angeschlossen. Bei einer solchen Anordnung des Speichers 7 innerhalb der Steuerungsvorrichtung ergibt sich eine sehr kurze Schaltzeit. Bei einer solchen Ausbildung wird anstelle des Schaltventils 7 das Schaltventil 7a eingesetzt. Es hat im Gegensatz zum Schaltventil 7 eine geschlossene Mittelstellung, so daß der Speicherinhalt bei nicht be­ tätigter Lenkung gehalten wird und nicht zum Tank zu­ rückfließt. Zwischen der Leitung 28 und dem Schaltventil 12a liegt bei dieser Anordnung des Speichers 27 ein Rückschlagventil 31, das in Richtung auf das Schaltven­ til 12 bzw. 12a sperrt.

Durch die Rückschlagventile 30 und 31 ist gewährleistet, daß das Hydraulikmedium im Speicher 27 nicht in Richtung auf das Schaltventil 12 bzw. 12a zurückfließt.

Claims (10)

1. Steuerungsvorrichtung für verstellbare Teile, vor­ zugsweise für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem mit dem verstellbaren Teil gekoppelten Stellelement, das über ein Schaltventil mit einer Pumpe verbunden ist, die Hydraulikmedium aus einem Tank zum Stell­ element fördert, und mit einer Schalteinrichtung, die unter dem Hydraulikmediumsdruck verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (12, 12a) in der Leitungsverbindung von der Pumpe (10) zum Schaltventil (7, 7a) vorgesehen ist und bei Stillstand des verstellbaren Teiles (1, 2) die Lei­ tungsverbindung von der Pumpe (10) zum Stellelement (2) schlagartig unterbricht, und daß in einer Rück­ führleitung (19) vom Stellelement (2) zum Tank (11) eine den Druck im Hydraulikmedium aufbauende Ein­ richtung (13) vorgesehen ist, die ein vorgespanntes Rückschlagventil (14) und eine Drosselstelle (15) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (12, 12a) unter dem Hydraulikmediumsdruck in eine Durchlaßstellung verstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (15) parallel zum vorgespannten Rückschlagventil (14) liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (15) in einer Bypassleitung (18) zur Rückführleitung (19) liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (12) ein Schaltventil ist, das eine Rückführung (21) aufweist, die in Sperrstellung des Schaltventiles das von der Pumpe (10) geförderte Medium zum Tank (11) zurückführt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Pumpe (10) ein Schalter (26) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schalter (26) ein Elektromotor (25) zum Betrieb der Pumpe (10) be­ tätigbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zurückschalten der Schalteinrichtung (12, 12a) eine hydraulische Ab­ fallverzögerungseinrichtung (22, 24) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallverzögerungs­ einrichtung (22, 24) eine Drosselstelle (22) und ein paralleles vorgespanntes Rückschlagventil (24) in einer Bypassleitung (23) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsvorrich­ tung einen Speicher (27) für das Hydraulikmedium aufweist.