DE4421852A1 - Energieversorgung für hydraulische Antriebe, insbesondere Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgung für hy­ draulische Antriebe, insbesondere Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen. Eine solche Energieversorgung besteht aus einer durch einen Motor angetriebenen Hochdruckpumpe, die über eine Druckleitung mit einem in der Neutralstellung geschlossenen Steuerventil in Verbindung steht. Die Ener­ gieversorgung enthält außerdem einen in die Druckleitung eingesetzten Druckspeicher und eine in Abhängigkeit vom Pumpendruck der Druckleitung betätigbare Schalteinrichtung, die einen Antrieb der Pumpe ein- oder ausschaltet.

Eine Energieversorgung mit einer durch einen Elektro­ motor angetriebenen Hochdruckpumpe für die Anwendung in Kraftfahrzeugen ist beispielsweise in der ATZ, Automobil­ technische Zeitschrift 89 (1978) 6, Verfasser: Dr.-Ing. Manfred Kahrs, beschrieben. In einem derartigen Versor­ gungssystem, in welchem ein E-Motor von einem Druckschalter nur bei Verbrauch von Druckmedium bzw. nach Abfall des Druckniveaus in einen hydraulischen Speicher eingeschaltet wird, hat im Hinblick der Unabhängigkeit von einem An­ triebsmotor und der Freizügigkeit des Einbaus im Kraftfahr­ zeug große Vorteile. Das Druckniveau des Speicherladeinter­ valls - das Speicherladeintervall ist der Schaltbereich zwischen einem Einschalt- und einem Abschaltpunkt für das Aufladen des Druckspeichers - liegt jedoch über dem Höchst­ druck, zum Beispiel einer Hilfskraftlenkung, die sich im überwiegenden Betriebsbereich bei einem niedrigeren Druck­ niveau betreiben läßt. Das zum Lenken erforderliche Druck­ mittel muß daher unter Energieverlust von einem in der Regel zu hohen Druckniveau entnommen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Energieversorgung mit einem variablen Speicherladeintervall auszustatten, so daß der Druckspeicher bei geringer Bela­ stung nur auf das notwendige Druckpotential geladen wird. Bei höherer Belastung des Verbrauchers soll dagegen der Speicherdruck angepaßt werden. Im Falle einer Hilfskraft­ lenkung bedeutet dies, daß der Druckspeicher bei Fahrt und verhältnismäßig geringen Lenkkräften nur auf das notwendige Druckpotential geladen wird. Bei Einparkvorgängen oder beim Lenken im Stand soll sich der Speicherdruck dagegen den er­ forderlichen hohen Lenkkräften anpassen.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen enthalten die Unter­ ansprüche 2 bis 5.

Nach dem Merkmal des Anspruches 1 ist die Schaltein­ richtung außer durch den Pumpendruck zusätzlich durch den Arbeitsdruck im Stellmotor beeinflußbar.

Da die Schalteinrichtung als Differenzdruckschalter aufgebaut ist, der den jeweils höheren Druck im Stellmotor mit dem Speicherdruck in der Druckleitung vergleicht, wird das Ladeintervall des Druckspeichers entsprechend der Zu­ nahme des Arbeitsdruckes im Verbraucher angehoben. Auf die­ se Weise ist es möglich, das Ladeintervall nicht nur vom Speicherdruck, sondern auch vom erforderlichen Arbeitsdruck des Verbrauchers abhängig zu machen. Dies gilt für solche Anwendungsfälle, bei denen es keine Rolle spielt, wenn eine vom Verbraucher angeforderte Druckerhöhung mit einer gewis­ sen zeitlichen Verzögerung erfolgt.

Bei plötzlich ansteigendem Arbeitsdruck kann die Pumpe den Speicherdruck nicht mehr schnell genug an das aus Si­ cherheitsgründen für eine Lenkung erforderliche Druckniveau anpassen. Man sieht daher nach Anspruch 2 zwischen der Druckleitung und dem Druckspeicher ein zusätzliches Strom­ regelventil mit Rückschlagventil vor. Das Stromregelventil drosselt jetzt den Ladestrom so weit ab, daß ein Teil der Fördermenge unmittelbar der Lenkung zufließt. Steigt der Arbeitsdruck der Lenkung schneller an als der Druckspeicher geladen werden kann, so wird also die Speicherladung zugun­ sten der Lenkung gedrosselt. Der Pumpendruck paßt sich in diesem Fall schnell dem erforderlichen Arbeitsdruck zum Lenken an. Daraus ergibt sich in der überwiegenden Be­ triebszeit der Lenkung ein niedrig liegender Speicherdruck, welcher eine Energieeinsparung ermöglicht.

Nach Anspruch 3 ist es zweckmäßig, durch die Schalt­ einrichtung einen Elektromotor für den Antrieb der Pumpe ein- oder auszuschalten.

Nach Anspruch 4 kann die Schalteinrichtung auch eine zwischen einem Fahrzeugmotor und der Pumpe eingebaute Schaltkupplung betätigen.

Nach Anspruch 5 stehen die beiden Druckräume des Stellmotors über ein Wechselventil mit der Schalteinrich­ tung in Verbindung. Durch diese Maßnahme ist gesichert, daß immer der höhere Druck des Stellmotors mit dem Speicher­ druck verglichen wird.

Die Erfindung ist anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema der Energieversorgung, in welcher die Schalteinrichtung einen Elektromotor ein- oder aus schaltet und

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem die Schalteinrichtung eine zwischen einem Fahrzeugmotor und der Pumpe angeordnete Schaltkupplung betätigt.

In Fig. 1 saugt eine Hochdruckpumpe 1 Druckmittel aus einem Behälter 2 an und fördert es über eine Druckleitung 3 zu einem Lenkventil 4 einer Hilfskraftlenkung 5. Das Lenk­ ventil 4 arbeitet mit einer in bezug auf die Druckleitung 3 geschlossenen Neutralstellung. Arbeitsdruckleitungen 6 und 7 eines Stellmotors 8 sind in der Neutralstellung über eine Rücklaufleitung 10 auf den Behälter 2 geschaltet. Ein Elek­ tromotor 11 treibt die Pumpe 1 an. Ein Druckspeicher 12 steht über eine Leitung 13 mit der Druckleitung 3 in Ver­ bindung. Die Druckleitung 3 enthält ein Rückschlagventil 9, welches vermeidet, daß bei stillstehender Pumpe 1 ein Öl­ verlust auftreten kann. Der Hydraulikkreis ist durch ein zwischen die Druckleitung 3 und die Rücklaufleitung 10 ein­ gebautes Druckbegrenzungsventil 14 abgesichert. Weiter ist eine Schalteinrichtung 15 in Form eines elektro-hydrauli­ schen Druckschalters vorgesehen, der auf einer Seite über eine Steuerleitung 16 mit der Druckleitung 3 verbunden ist. Bis hierher ist die Energieversorgung bekannt.

Nach der Erfindung ist die andere Seite der Schaltein­ richtung 15 durch eine weitere Steuerleitung 17 an ein Wechselventil 18 und letzteres an die Arbeitsdruckleitun­ gen 6 und 7 angeschlossen. Das Wechselventil 18 sorgt da­ für, daß immer der höhere Arbeitsdruck des Stellmotors 8 in der Schalteinrichtung 15 bereitsteht. Zur Erfindung gehört außerdem ein Stromregelventil 20, welches in eine Umge­ hungsleitung 21, zwischen die Druckleitung 3 und den Druck­ speicher 12, eingesetzt ist. Die Leitung 13 enthält außer­ dem ein in Richtung zur Druckleitung 3 öffnendes Rück­ schlagventil 22. Das Rückschlagventil 22 sorgt dafür, daß sich der Druckspeicher 12 nur über das Stromregelventil 20 laden läßt.

Für die Energiebilanz einer Hilfskraftlenkung sind zwei Betriebszustände maßgebend:

• a) Der zeitlich größte Lenkanteil erfolgt bei höheren Fahrgeschwindigkeiten. Hier ist aus Gründen der Fahr­ stabilität kein maximaler Radeinschlag bei hohem Len­ kungsdruck möglich. Durch das Abrollen der Räder benö­ tigt man nur eine geringe Lenkhilfskraft. Der verhält­ nismäßig geringe Druck im aktiven Druckraum des Stell­ motors 8 wird über die Steuerleitung 17 auf die Schalteinrichtung 15 geleitet und mit dem Speicher­ druck der Steuerleitung 16 verglichen. Der Druckspei­ cher 12 wird daher über das Stromregelventil 20 mit einem verhältnismäßig niedrigen Druck der Drucklei­ tung 3 geladen. Da die Druckmittelentnahme in diesem Betriebszustand aus einem niedrigen Druckpotential erfolgt, erzielt man eine Energieersparnis.
• b) Ein zeitlich kleiner Lenkanteil besteht aus Einpark­ vorgängen und aus Lenken im Stand. Der Pumpendruck in der Druckleitung 3 und der Speicherdruck werden jetzt auf den maximalen Betriebsdruck erhöht. Dies geschieht wiederum durch Vergleich des aktiven Arbeitsdruckes im Stellmotor 8 mit dem Speicherdruck der Druckleitung 3 in der Schalteinrichtung 15. Der dann höhere Druck in der Druckleitung 3 ist dabei verantwortlich für die Einstellung des erforderlichen maximalen Betriebs­ druckes.

In einer Arbeitshydraulik, zum Beispiel für den Schau­ felantrieb eines Baggers, kann ein etwas verzögerter Druck­ aufbau in Kauf genommen werden. Man kann daher in einer solchen Anordnung auf das Stromregelventil 20 mit Rück­ schlagventil 22 verzichten.

Die Ausführung nach Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, daß ein Fahrzeugmotor 23 und eine Hoch­ druckpumpe 24 durch eine hydraulische Schaltkupplung 25 miteinander verbunden sind. Eine den Arbeitsdruck mit dem Speicherdruck vergleichende mechanisch-hydraulische Schalt­ einrichtung 26 steuert die Schaltkupplung 25 in gleicher Weise, wie die elektro-hydraulische Schalteinrichtung 25 den Elektromotor 11.

Bezugszeichenliste

1 Hochdruckpumpe
2 Behälter
3 Druckleitung
4 Lenkventil
5 Hilfskraftlenkung
6 Arbeitsdruckleitung
7 Arbeitsdruckleitung
8 Stellmotor
9 Rückschlagventil
10 Rücklaufleitung
11 Elektromotor
12 Druckspeicher
13 Leitung
14 Druckbegrenzungsventil
15 Schalteinrichtung
16 Steuerleitung
17 Steuerleitung
18 Wechselventil
20 Stromregelventil
21 Umgehungsleitung
22 Rückschlagventil
23 Fahrzeugmotor
24 Hochdruckpumpe
25 Schaltkupplung
26 Schalteinrichtung

Claims (6)

1. Energieversorgung für hydraulische Antriebe, ins­ besondere Hilfskraftlenkungen in Kraftfahrzeugen, mit fol­ genden Merkmalen:

• - eine von einem Motor (11) angetriebene Hochdruckpumpe steht über eine Druckleitung (3) mit einem in der Neu­ tralstellung in bezug auf einen Stellmotor (8) ge­ schlossenen Steuerventil (4) in Verbindung;
• - in die Druckleitung (3) ist ein Druckspeicher (12) eingesetzt;
• - eine in Abhängigkeit vom Speicherdruck in der Druck­ leitung betätigbare Schalteinrichtung (15) schaltet den Antrieb der Pumpe ein oder aus,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt­ einrichtung (15) außer durch den Speicherdruck durch den Arbeitsdruck im Stellmotor (8) beeinflußbar ist.

2. Energieversorgung für hydraulische Antriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckleitung (3) und dem Druckspeicher (12) ein Stromregelventil (20) mit einem Rückschlagventil (22) angeordnet ist.

3. Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (15) einen Elektromotor (11) für den Antrieb der Pumpe (1) ein- oder ausschaltet.

4. Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (15) auf eine zwischen einem Fahrzeugmotor (23) und einer Pumpe (24) angeordnete Kupplung (25) einwirkt.

5. Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckräume des Stell­ motors (8) über ein Wechselventil (18) mit der Schaltein­ richtung (15; 26) in Verbindung stehen.