EP3423332A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufrechterhalten eines erzeugten hydraulischen druckes - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum aufrechterhalten eines erzeugten hydraulischen druckes

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EP3423332A1
EP3423332A1 EP17707241.0A EP17707241A EP3423332A1 EP 3423332 A1 EP3423332 A1 EP 3423332A1 EP 17707241 A EP17707241 A EP 17707241A EP 3423332 A1 EP3423332 A1 EP 3423332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
switching
inlet
outlet
hydraulic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17707241.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Miller
Falk Hecker
Klaus Peterreins
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Publication of EP3423332A1 publication Critical patent/EP3423332A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/065—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle characterised by specially adapted means for varying pressurised fluid supply based on need, e.g. on-demand, variable assist
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
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    • E02F9/2225—Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
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    • F15B2211/528—Pressure control characterised by the type of actuation actuated by fluid pressure
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7051—Linear output members
    • F15B2211/7053—Double-acting output members
    • F15B2211/7054—Having equal piston areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for maintaining a generated hydraulic pressure and more particularly to a hydraulic proportional valve for a steering control and an electric
  • Fig. 8 shows an example of a conventional system in which a steering gear 90 is hydraulically operated.
  • the hydraulic pressure is generated by a pressure generator 50 with a motor 51 (e.g., a pump).
  • the steering gear 90 has two
  • Working cylinder is built.
  • a first check valve 70 and a second check valve 80 are formed, which are connected to a surge tank 60.
  • the first problem mentioned above occurs when during a steering request, a wheel of the vehicle is jammed (eg, pressed against a curb) and the engine 51 must maintain the high pressure.
  • the second problem mentioned above arises in the event of a system failure, e.g. if the pump does not provide steering assistance due to a power failure.
  • the driver in addition to the steering force, the driver must additionally apply the force required to move the pump 50 so as to be able to steer the vehicle anyway.
  • the above technical problem is solved by a device according to claim 1 and a method according to claim 14.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the device according to claim 1.
  • the present invention relates to a device which is suitable for
  • the device maintaining a hydraulic pressure that is adjustable by a pressure generator.
  • the device includes an inlet for coupling to the
  • a pressure generator an outlet for providing the hydraulic pressure, at least a first check valve, which is designed to open a flow path from the inlet to the outlet when a first opening pressure is exceeded, and a
  • the device comprises a switching device between the inlet and the outlet, wherein the
  • Switching device is designed to hold the hydraulic pressure at the outlet, when a pressure generated by the pressure generator is greater than a switching pressure, and to reduce the hydraulic pressure at the outlet when a pressure generated by the pressure generator is less than the switching pressure, wherein the switching pressure is smaller than the first opening pressure.
  • the inlet or outlet of the device does not necessarily have to be a separate component, but rather may also represent a connection to a pump or any branching point along the (hydraulic) flow.
  • the check valve is to be construed broadly in the context of the present invention and include any device that provides the defined function, i. allows opening of the flow path when a minimum pressure is exceeded and prevents an opposite flow. Therefore, the check valve may also generally be formed as a check valve (e.g., a check valve).
  • the defined, predetermined switching pressure represents only one parameter that triggers the switching behavior of the switching device. If the pressure generated is greater than the switching pressure, the switching device is closed and opened in the reverse case. Switching of the switching device can be done independently of the hydraulic pressure at the outlet (the switching pressure does not depend directly on the pressure at the outlet).
  • Coupled is intended to be construed broadly and include any connection through which an energy flow can be transmitted (eg, a fluid flow of a hydraulic fluid.) It will also be understood that an arrangement of one element A between two others Elements B, C, do not necessarily mean that element A is spatially disposed between elements B and C. Instead, such arrangements should also be included where hydraulic flow is possible between elements B and C via element A. In the Figs Connections / couplings can be direct (without
  • the switching device comprises a control valve with a displaceable piston.
  • the piston can in a first position a
  • Open flow path between the outlet and the inlet and in a second position close the flow path between the outlet and the inlet.
  • the control valve may be configured to shift the piston to the first position when the pressure generated (at the inlet) is less than the switching pressure and to shift to the second position when the pressure generated (at the inlet) is greater than the switching pressure is. If the pressure generated is equal to the switching pressure, either the first position or the second position can be taken.
  • control valve comprises at least a first chamber and a spring.
  • the apparatus may further include a first control line connecting the first chamber to the inlet, wherein the first control line causes a pressure equalization between the first chamber and the inlet and the spring causes a bias of the piston towards the first position, so that the Switching pressure is defined by the spring.
  • the pressure generator comprises a first
  • the apparatus may further include another inlet for coupling to the second pressure port, another outlet for providing another hydraulic pressure, and a third check valve.
  • the third check valve is designed to open a flow path from the further inlet to the further outlet when a third opening pressure is exceeded and to prevent a flow in the opposite direction.
  • the switching device may also connect the further outlet and the further inlet and be designed to reduce the further hydraulic pressure at the further outlet when a pressure generated by the pressure generator at the further inlet is less than the switching pressure, wherein the switching pressure is smaller than that third opening pressure.
  • the switching pressure defined here can also be selected differently from the previously defined switching pressure, so that the switching device behaves asymmetrically, ie when moving to the first position, a higher (or lower) Require switching pressure than with an opposite movement. However, it is useful in the application for a steering system to choose the two switching pressures equal.
  • the device can be used to relieve the pressure generator and still maintain the hydraulic pressure at the outlet.
  • the pressure generator only needs to maintain the switching pressure, which, however, is usually much smaller than a typical pressure generated by the pressure generator, which leads to the said discharge.
  • the switching device comprises a second chamber and a further spring.
  • the device also includes a second control line connecting the second chamber to the further inlet fluid. The second
  • Control line causes a further pressure equalization between the second chamber and the further inlet.
  • the further spring causes a bias of the piston in the direction of the second position, so that the switching pressure depends on the spring force.
  • the piston can thus move back and forth between a first opening position (first position) and a second opening position (second position).
  • the piston may have passages which communicate between the outlet and the inlet and between the further outlet and the further inlet
  • the device includes an optional first throttle device along the first control line to throttle the
  • the device can be a second
  • Throttle device along the second control line include to effect a throttling of the further pressure equalization. These restrictions cause a
  • the device may include an optional second check valve formed between the switching device and the inlet to allow flow from the switching device when a second opening pressure is exceeded, and flow in opposite directions Direction to prevent, wherein the second opening pressure is greater than the switching pressure. Therefore, the first check valve and the second check valve open only above the pressure at which the piston is already moved, to prevent the return flow from the outlet or from the further outlet.
  • the device may comprise a fourth check valve formed between the switching means and the further inlet to allow flow from the switching means when a fourth opening pressure is exceeded and to prevent flow in the opposite direction.
  • the fourth opening pressure may be greater than the switching pressure.
  • Check valve equal to the first opening pressure of the first check valve.
  • fourth opening pressure of the fourth check valve may be equal to the third opening pressure of the third check valve.
  • the pressure generator is further configured to allow at an idle pressure at one of its pressure ports, a return flow through the pressure generator from the one pressure port, wherein the switching pressure is selected to be greater than the idling pressure.
  • the idling pressure is
  • the pressure required in a de-energized state to passively move the pressure generator to release higher pressures For example, the pressure required in a de-energized state to passively move the pressure generator to release higher pressures.
  • the present invention also relates to a hydraulic system with a
  • a pressure generator for generating a hydraulic pressure at a pressure port and with one of the devices described above.
  • the pressure generator may comprise a hydraulic gear pump and the outlet and further outlet of the device may for example be coupled to a steering gear.
  • Hydraulic gear pump can also be operated in reverse directions.
  • the hydraulic system with the device may be both an open hydraulic system and a closed hydraulic system.
  • the present invention also relates to a power steering with a
  • the present invention also relates to a vehicle with the power steering.
  • the present invention also relates to a method for
  • Maintaining a hydraulic pressure that is adjustable by a pressure generator comprises the steps of: opening a flow path from the pressure generator to an outlet when a first opening pressure is exceeded, thereby establishing the hydraulic pressure at the outlet; Preventing a flow in an opposite direction; Holding the hydraulic pressure as long as a pressure generated by the pressure generator is greater than a switching pressure; and decreasing the hydraulic pressure when a pressure generated by the pressure generator is less than the switching pressure, wherein the switching pressure is smaller than the first opening pressure.
  • the present invention thus achieves the above-mentioned technical object by a switching device (e.g., control valve) for open or closed
  • Hydraulic system wherein the work spaces are controlled by an exemplary gear pump. After reaching a target pressure - at permanently high
  • Gear pump is made so that the driver in a system failure does not have to rotate the gear pump with the engine together.
  • the sustained high system pressure can therefore withstand continuous load (for example, during curbside curbing) without an increased load
  • FIG. 1 shows a device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows further details of an embodiment of the present invention integrated in an exemplary steering system.
  • FIG. 3 illustrates a first phase of an example pressure build-up due to a steering request.
  • Fig. 4 illustrates a second phase of the pressure build-up due to a
  • FIG. 5 illustrates a subsequent pressure reduction in the example.
  • Fig. 6 illustrates the operation of an embodiment of the device in a steering movement in an opposite steering direction.
  • FIG. 7 shows a flow chart for a method according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 shows a conventional steering system.
  • FIG. 1 shows a device 100 suitable for maintaining a hydraulic pressure p which is adjustable by a pressure generator 50.
  • the apparatus includes an inlet 110 for coupling to the pressure generator 50, an outlet 120 for providing the hydraulic pressure p, at least one first check valve 131 configured to provide a flow path from the inlet 110 to the outlet 120 when a first opening pressure p1 is exceeded open and prevent a flow in the opposite direction.
  • the device 100 comprises a switching device 140 between the inlet 1 10 and the
  • the switching device 140 is configured to hold the hydraulic pressure p at the outlet 120 when or as long as a pressure pO generated by the pressure generator 50 is greater than a switching pressure pS. This includes, for example, the entire range p0> pS and not just one or a few values.
  • the switching device 110 can reduce the hydraulic pressure p at the outlet 120 when a pressure pO generated by the pressure generator 50 is smaller than the switching pressure pS.
  • the switching pressure pS is smaller than the first opening pressure p1.
  • the embodiment shown in FIG. 1 can be integrated in an open hydraulic system or in a closed system (see FIGS. 2 to 6). The invention should not be limited to one of the two systems. Rather, the aspects described below can also be used in an open
  • Hydraulic system be formed. In order to keep the description compact, only the closed hydraulic system will be described in more detail by way of example.
  • Fig. 2 shows further details of an embodiment of the present invention, wherein the device 100 in an exemplary hydraulic steering with the
  • the steering gear 90 includes a first power cylinder 91 and a second power cylinder 92, which are separated from each other by a power piston 93.
  • the hydraulic system shown differs by the additional components formed in the device 100 (see dashed box), which in the embodiment shown includes a first in addition to the inlet 1 10 and the outlet 120 further inlet 112 and another outlet 122 has. The first
  • Working cylinder 91 is, for example, with the outlet 120 and the second
  • Working cylinder 92 connected to the other outlet 122, so that the working piston 93 is movable by a hydraulic pressure at the outlet 120 in one direction and is movable by a hydraulic pressure at the other outlet 122 in the opposite direction, so as to steer the vehicle.
  • the pressure generator 50 may in turn be a gear pump and include, for example, a first and a second pressure port to which the device 100 is coupled with its inlet 110 and further inlet 112.
  • the overall system may be a fully encapsulated hydraulic system, such that the inlets 110, 112 and outlets 120, 122 may be defined, for example, as specific points along the hydraulic flow.
  • the device 100 comprises a first
  • Throttling devices 151, 152 These components are fluidly disposed between the inlet 110, the outlet 120, the further inlet 112 and the further outlet 122.
  • the inlet 1 10 of the device 100 couples to the first pressure port and the further inlet 1 12 to the second pressure port of the pressure generator 50, so that the pressure generator 50 provides a controllable pressure pO at the inlet 1 10 and / or the other inlet 1 12.
  • the first check valve 131 is arranged between the inlet 110 and the outlet 120. Between the further inlet 1 12 and the further outlet 122, the third check valve 133 is arranged.
  • the switching device 140 connects the outlet 120 with the inlet 1 10 as well as the further outlet 122 with the further inlet 1 12, wherein between the switching device 140 and the inlet 1 10, the second check valve 132 and between the switching device 140 and the further inlet 112th the fourth check valve 134 is formed.
  • the first check valve 131 provides a flow path from the inlet 110 to the outlet 120 when at the inlet 110, a pressure above a first
  • Opening pressure p1 is applied (and prevents an opposite flow).
  • the third check valve 133 provides a flow path from the further inlet 12 to the further outlet 122 when a pressure above the third opening pressure p3 is applied to the further inlet 112 and prevents reverse flow.
  • the second check valve 132 provides a flow path from the
  • Switching device 140 to the inlet 1 10 ready when the switching device 140, a pressure above a second opening pressure p2 is applied (and prevents an opposite flow).
  • the fourth check valve 134 provides a flow path from the switching device 140 to the further inlet 1 12, when of the
  • a pressure above a fourth opening pressure p4 is applied (and prevents an opposite flow).
  • the second opening pressure p2 can
  • the third opening pressure p3 may be equal to the fourth opening pressure p4 (eg, about 8 bar).
  • the switching device 140 comprises a movable piston 142, a first chamber 141 and a second chamber 145, wherein in the direction of movement of the movable piston 142, the first chamber 141 is disposed opposite to the second chamber 145.
  • the piston 142 changes the available one by shifting
  • the switching device 140 comprises a spring 144 in the second chamber 145 and a further spring 143 in the first chamber 141.
  • the spring 144 exerts a bias on the displaceable piston 142, the piston 142 in the first chamber 141 pushes.
  • the further spring 143 exerts a bias on the piston 142, which pushes the piston 142 into the second chamber 145.
  • the piston 142 in the shifting device 140 can be displaced between the following positions: a first opening position, a second opening position, and a center position. In the first open position, the switching device 140 only opens the flow path from the outlet 120 to the inlet 1 10.
  • the switching device 140 In the second open position, the switching device 140 only opens the flow path from the further outlet 122 to the further inlet 112 and in the middle position both of these flow paths are mentioned open.
  • the first open position represents a first stop position in which the piston 142 is leftmost, while the second open position represents a second stop position in which the piston 142 is rightmost.
  • the outlet 120 in the center position, may communicate with the further outlet 122 via a channel 148 in the
  • Switching device 140 may be connected. In the case of a further center position, the two said flow paths are open, but the outlet 120 is not yet connected to the further outlet 122 (this situation is illustrated, for example, in FIG. 5 below).
  • displaceable pistons 142 along its circumference for example two
  • a switching pressure pS in the first chamber 141 or in the second chamber 145 is required, which may for example be the same size for both directions. However, this is not necessarily the case.
  • a first switching pressure pS1 may be required to switch the switching device 140 to the first open position
  • a second switching pressure pS2 (other than the first switching pressure pS1) may be required to switch the switching device to the second open position.
  • this is an advantage (to achieve a symmetrical handling of the steering).
  • an asymmetrical design can be quite useful (because gravity can still support).
  • the apparatus 100 includes a first control line 158 from the inlet 110 to the first chamber 141 and a second control line 159 from the further inlet 112 to the second chamber 145.
  • first control line 158 moves along the first control line 158 Pressure increases and above the switching pressure pS of the switching device 140, this causes the piston 142 leaves the rest position and moves to the second open position (in Fig. 2 to the right).
  • the pressure in the second control line 159 increases so much that the pressure in the second chamber 145 is above the switching pressure pS, the piston 142 moves to the first open position (to the left in FIG. 2).
  • the movable piston 142 may fluid flow from the outlet 120 to the inlet 1 10 and / or from the further outlet 122 to the further inlet 1 12 depending on the pressure conditions in the first control line 158th and / or in the second control line 159 allow.
  • these fluid flows are only possible if there is a pressure above the second opening pressure p2 for the second check valve 132 or above the fourth opening pressure p4 of the fourth check valve 134 along these flow paths.
  • the first opening position can be achieved, for example, in that the displaceable piston 142 is pressed into the first chamber 141 against the spring force of the further spring 143.
  • the second opening position can be achieved, for example, in that the displaceable piston 142 is pressed into the first chamber 141 against the spring force of the further spring 143.
  • one of the two springs can be made stronger, but only act up to a stop, so that the opposite, weaker spring the piston 142 of the
  • the further spring 143 has an exemplary double spring force, as the spring 144.
  • the further spring 143 does not act between a housing part of
  • Switching device 140 (or another stopper point) and the displaceable piston 142 itself, but acts instead, for example on a perforated disc 146, through the opening of which a part of the displaceable piston 142 extends. Since the perforated disk 146 has a larger outer diameter than the displaceable piston 142 and the first chamber 141 also has a larger diameter than the displaceable piston 142 or its guide, the perforated disk 146 can only be displaced within the first chamber 141. The stronger trained further spring 143 therefore pushes the perforated disc 146 and thus also the displaceable piston 142 to a maximum of the end of the first chamber 141.
  • the displaceable piston 142 may have a stepped widening, to which the
  • Perforated disc 146 abuts to move it to this point.
  • a further displacement of the displaceable piston 142 can thus not be effected by the further spring 143. Instead, on the piston 142, as it has moved further into the opposite second chamber 145, only the spring force of the spring 144 acts, thus pushing the displaceable piston 142 back against the orifice plate 146.
  • first throttle device 151 is formed along the first control line 158 .
  • second throttle device 152 may optionally be formed along the second control line 159.
  • These throttle devices 151, 152 throttle the pressure compensation and represent a damping. They thus prevent a disturbing oscillation of the displaceable piston 142, for example during a
  • Throttle devices 151, 152 are correspondingly adapted to the switching pressure pS.
  • the expansion vessel 60 is designed in size so that it can absorb on heating excess oil (hydraulic fluid) via the leak or drain line 62 from the pressure generator. There, for example, a pressure of 5 bar prevail in the idle state.
  • the two other check valves 70, 80 have
  • Fig. 3 shows a pressure build-up due to a steering request.
  • the internal system pressure of the exemplary closed hydraulic system is, for example, 5 bar. If the pressure generator 50 for the steering request at the inlet 1 10 provides the device with a pressure which is greater than the switching pressure pS (eg 7 bar), the pressure in the first control line 158 and thus in the first chamber 141 also increases above the switching pressure pS. As a result of the pressurization from the left end side, there is a displacement of the displaceable piston 142 against the force of the spring 144 to the right, so that the second opening position is taken. Although in this second opening position, the further inlet 1 12 is connected to the further outlet 122, but not the inlet 110 with the outlet 120.
  • the switching pressure pS eg 7 bar
  • FIG. 4 shows the situation when the pressure from the pressure generator 50 rises so far that the hydraulic fluid passes through the first check valve 131 into the first working cylinder 91 of the steering gear 90.
  • the pressure generator 50 at the inlet 1 10 build a pressure of 108 bar. This pressure of 108 bar causes a pressure of about 100 bar in the first working cylinder 91 of the steering gear 90 builds up when the first opening pressure p1 from the first
  • Check valve 131 for example, 8 bar.
  • the displaceable piston 42 remains in the second open position, so that also no return flow from the outlet 120 through the switching device 140 back to the pressure generator 50 is possible.
  • the increased pressure (for example, 100 bar) in the first working cylinder 91 of the steering gear 90 exerts a pressure on the working piston 93, which is
  • the pressure generator 50 can be relieved during the holding of such a desired pressure.
  • the pressure generator 50 can be relieved during the holding of such a desired pressure.
  • the piston 142 remains on right stop (second open position) and thus prevents a pressure reduction in the working cylinder 91 of the exemplary steering gear 90, since the flow path between the outlet 120 and the inlet 110 (still) remains closed.
  • This is particularly advantageous when the pressure in the first working cylinder 91 is to be maintained for a long time (for example, when the wheel hit encounters a curb or even during long turns), so that the steering effect is still ensured, but the pressure generator 50 is not charged becomes.
  • the pressure reduction at the inlet 1 10 can, for example, via leakage rates of the
  • Pressure generator 50 take place, this pressure drop is often slow at the pressure ports.
  • the switching pressure pS can be selected such that it is able to turn back the motor or the pump 50 solely by the existing pressure at the pressure port and to establish a pressure equalization on both sides of the pressure generator 50.
  • FIG. 5 shows a procedure for active pressure reduction in the working cylinder 91 (for example to 80 bar).
  • the pressure at the outlet of the pressure generator 50 can be further reduced in that the pressure generator 50 is briefly operated in an opposite direction and thus the pressure in the first chamber 141 drops.
  • the piston 142 moves towards the center position and thus opens the flow path from the outlet 120 to the inlet 110.
  • This leads to an increase in pressure at the inlet 1 10, which in turn on the the first control line 158 increases the pressure in the first chamber 141 and in turn shifts the displaceable piston 142 to the second open position.
  • the pressure at the inlet 110 remains almost constant throughout the pressure reduction phase to the value of
  • Electric motor (not shown), falls in this phase only a minimal power loss.
  • FIG. 6 shows the mode of operation of the device 100 during a steering movement in the opposite steering direction, in which the pressure generator 50 generates an increased pressure at the further inlet 12. In this case, when exceeding the pressure generator 50
  • Switching pressure pS at the other inlet 112 of the displaceable piston 142 is moved to the first opening position. In the first opening position, the fluid flow from the further outlet 122 to the further inlet 1 12 is interrupted. In addition, when the third opening pressure p3 is exceeded at the further inlet 12, the third check valve 133 is opened and hydraulic fluid passes through the third
  • the device 100 may be formed mirror-symmetrically, so that even for a steering in the opposite direction, the functions described above
  • Fig. 7 shows a flow chart for a method for maintaining a hydraulic pressure p, which is adjustable by a pressure generator.
  • the method comprises the steps of: opening S1 10 a flow path from the pressure generator 50 to an outlet 120 when a first opening pressure p1 is exceeded to thereby establish the hydraulic pressure p at the outlet 120; Preventing S120 of a flow in an opposite direction; Hold S130 of the hydraulic pressure p as long as a pressure pO generated by the pressure generator 50 is greater than one
  • Switching pressure pS and decreasing S140 of the hydraulic pressure p when a pressure pO generated by the pressure generator 50 is smaller than the switching pressure pS, the switching pressure pS being smaller than the first opening pressure p1.
  • the exemplary hydraulic gear pump 50 generates the hydraulic pressure for the steering gear 90.
  • the position of the piston 142 is controlled via the system pressure, wherein corresponding chambers 141, 145 can be actuated or moved from both end faces of the piston 142 by the gear pump 50.
  • the pump pressure may be released, maintaining the pressure at the outlet 120 (or the further outlet 122).
  • the piston 142 returns to its center position as a result of the spring forces of the springs 143, 144 and the gear pump 50 is unlocked (backup mode).
  • the channel 148 then connects the outlet 120 with the further outlet 122, so that likewise the working cylinders 91, 92 of the steering gear 90 are connected to one another. This has the consequence that steering movements only lead to a displacement of the working piston 93 within the steering gear 90, but not have to move the pressure generator 50. Rather, the
  • Pressure generator 50 remain in the rest position.
  • the resulting pressure at the inlet 110 or at the further inlet 112 during the pressure reduction phase should in any case be higher than the pressure for driving the exemplary gear pump 50 in the de-energized state, so that the switching pressure pS automatically causes the pump 50 moves back by itself.
  • the spring 144 has a spring force of 10 N and the further spring 143 has a force of 20 N, these being merely examples. In other embodiments, the springs provide other forces.
  • the existing control valve (switching device 140) thus serves at the same time as a backup valve, which enables the pump device 50 to be disconnected in the backup mode (for example in the event of a power failure).
  • the device, together with the hydraulic steering system may be a fully enclosed hydraulic system with integrated control valve 140, which may be used for both closed and open hydraulic systems.
  • embodiments of the present invention allow for both closed and open hydraulic systems a complete relief of the pump / motor unit after reaching a target pressure. To obtain and reduce the pressure, no pump pressure is required according to embodiments.
  • the pump pressure does not have to be maintained permanently, there is the advantage that the engine power loss of the pump 50 can be reduced (for example, halved). In addition, almost no power dissipation during pressure maintenance or during a slow pressure reduction by the engine must be provided or intercepted.
  • the pressure generator 50 is only for
  • a slide valve for example, a slide valve or
  • Proportional valve can be used, but not a solenoid valve.
  • a solenoid valve generally can not provide the defined functions.
  • Exemplary embodiments can be used for open hydraulic systems and offer advantages in particular when a high hydraulic pressure is to be kept constant over a longer period of time (for example in crane installations, lifting installations,
  • Another advantage is that the control of the system is completely hydraulic and no electrical control is required.
  • the pump may be designed to operate in both directions and, depending on which side pressure is required, the pressure is built up on one side and degraded on the other side.
  • the oil is merely pumped away from a tank and is not pumped back and forth between two sections of the system.

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Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Aufrechterhalten eines hydraulischen Drucks (p), der durch einen Druckerzeuger (50) einstellbar ist, umfasst einen Einlass (110) zum Koppeln an den Druckerzeuger (50); einen Auslass (120) zum Bereitstellen des hydraulischen Druckes (p); zumindest ein erstes Rückschlagventil (131) und eine Schalteinrichtung (140) zwischen dem Einlass (110) und dem Auslass (120). Das erste Rückschlagventil (131) ist ausgebildet, um einen Flusspfad von dem Einlass (110) zu dem Auslass (120) bei Überschreiten eines ersten Öffnungsdruckes (p1) zu öffnen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Die Schalteinrichtung (140) ist ausgebildet, um den hydraulischen Druck (p) am Auslass (120) zu halten, wenn ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (p0) größer ist als ein Schaltdruck (pS), und den hydraulischen Druck (p) am Auslass (120) zu verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (p0) kleiner ist als der Schaltdruck (pS), wobei der Schaltdruck (pS) kleiner ist als der erste Öffnungsdruck (p1).

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung und Verfahren zum Aufrechterhalten
eines erzeugten hydraulischen Druckes
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Aufrechterhalten eines erzeugten hydraulischen Druckes und insbesondere auf ein hydraulisches Proportionalventil für eine Lenksteuerung und eine elektrisch
angetriebene hydraulische Servolenkung.
In konventionellen hydrostatischen Servoantrieben für Lenkgetriebesteuerungen gibt es zwei Probleme, die bisher nur unzureichend gelöst wurden. Das eine betrifft das Aufrechthalten von hohen Druckbelastungen wie sie beispielsweise bei einer Dauerlast auftreten. Ein zweites Problem betrifft den erheblichen Lenkwiderstand bei einem Systemausfall, den Fahrer bei konventionellen Systemen aufbringen müssen, um das Fahrzeug zu lenken.
Fig. 8 zeigt beispielhaft ein konventionelles System, bei welchem ein Lenkgetriebe 90 hydraulisch betrieben wird. Der hydraulische Druck wird durch einen Druckerzeuger 50 mit einem Motor 51 (z.B. eine Pumpe) erzeugt. Das Lenkgetriebe 90 weist zwei
Arbeitszylinder 91 , 92 auf, die durch einen Kolben 93 getrennt sind. Wenn einer der beiden Arbeitszylinder mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt wird, führt dies zu einer Bewegung des Kolbens 93 und dadurch zu einer Lenkung des Fahrzeuges in eine Richtung. Wird der andere Arbeitszylinder mit Druck beaufschlagt, bewegt sich der Kolben in die entgegengesetzte Richtung, was seinerseits zu einer Lenkung in die entgegengesetzte Richtung führt. Somit wird bei einer Kurvenfahrt in dem einen Arbeitszylinder ein erhöhter Druck aufgebaut, während bei einer Durchfahrt einer entgegengesetzten Kurve ein erhöhter Druck in dem gegenüberliegenden
Arbeitszylinder aufgebaut wird. Außerdem sind in dem konventionellen System ein erstes Rückschlagventil 70 und ein zweites Rückschlagventil 80 ausgebildet, die mit einem Druckausgleichbehälter 60 verbunden sind. Zu dem ersten oben genannten Problem kommt es, wenn während einer Lenkanforderung ein Rad des Fahrzeuges blockiert ist (beispielsweise gegen eine Bordsteinkante drückt) und der Motor 51 den hohen Druck aufrechterhalten muss.
Gleiches trifft zu, wenn das Fahrzeug eine lange Kurve durchfährt, wo der dazu notwendige Druck permanent durch den Motor 51 aufzubringen ist. Dies stellt eine unerwünschte Dauerbelastung für die entsprechende Pumpe bzw. den Motor dar.
Selbst wenn der Lenkdruck nachlässt, muss der Motor für dieses System den abnehmenden Druck umsetzen. Die entsprechende Verlustleistung während des Entspannungsvorganges wird somit durch die Pumpe/den Motor aufgebracht bzw. dort in Wärme umgewandelt. Das führt zu langanhaltenden Dauerbelastungen für den Motor bzw. der Pumpe, was die Zuverlässigkeit beeinträchtigt und den Verschleiß erhöht.
Das zweite oben genannte Problem stellt sich bei einem Systemausfall, z.B. wenn die Pumpe infolge eines Stromausfalls keine Lenkunterstützung liefert. In diesem Fall muss der Fahrer neben der Lenkkraft noch zusätzlich die Kraft aufbringen, die zur Bewegung der Pumpe 50 erforderlich ist, um so trotzdem das Fahrzeug lenken zu können.
Daher besteht ein Bedarf nach alternativen Lösungen, um einen hydraulischen Druck aufrechtzuerhalten, ohne dass dadurch der Motor oder der Druckerzeuger belastet wird.
Die obengenannte technische Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die geeignet ist zum
Aufrechterhalten eines hydraulischen Druckes, der durch einen Druckerzeuger einstellbar ist. Die Vorrichtung umfasst einen Einlass zum Koppeln an den
Druckerzeuger, einen Auslass zum Bereitstellen des hydraulischen Druckes, zumindest ein erstes Rückschlagventil, das ausgebildet ist, einen Flusspfad von dem Einlass zu dem Auslass bei Überschreiten eines ersten Öffnungsdruckes zu öffnen und einen
Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Schalteinrichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass, wobei die
Schalteinrichtung ausgebildet ist, um den hydraulischen Druck am Auslass zu halten, wenn ein durch den Druckerzeuger erzeugte Druck größer ist als ein Schaltdruck, und den hydraulischen Druck am Auslass zu verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger erzeugte Druck kleiner ist als der Schaltdruck, wobei der Schaltdruck kleiner ist als der erste Öffnungsdruck.
Der Einlass bzw. der Auslass der Vorrichtung muss nicht notwendigerweise ein eigenständiges Bauteil sein, sondern kann vielmehr auch ein Anschluss an eine Pumpe darstellen oder ein beliebiger Verzweigungspunkt entlang des (hydraulischen) Flusses. Das Rückschlagventil soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung breit ausgelegt werden und jede Einrichtung umfassen, die die definierte Funktion bereitstellt, d.h. ein Öffnen des Flusspfades bei Überschreiten eines Mindestdruckes erlaubt und einen entgegengesetzten Fluss verhindert. Daher kann das Rückschlagventil allgemein auch als eine Rückschlagarmatur (z.B. eine Rückschlagklappe) ausgebildet sein. Der definierte, vorbestimmte Schaltdruck stellt lediglich einen Parameter dar, der das Schaltverhalten der Schalteinrichtung auslöst. Wenn der erzeugte Druck größer ist als der Schaltdruck wird die Schalteinrichtung geschlossen und im umgekehrten Fall geöffnet. Das Schalten der Schalteinrichtung kann unabhängig vom hydraulischen Druck am Ausgang erfolgen (der Schaltdruck hängt nicht direkt vom Druck am Auslass ab).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Begriff„koppeln" breit ausgelegt werden und jede Verbindung umfassen, über die ein Energiefluss übertragen werden kann (z.B. ein Fluidfluss einer hydraulischen Flüssigkeit). Außerdem versteht es sich, dass eine Anordnung von einem Element A zwischen zwei anderen Elementen B, C, nicht notwendigerweise bedeutet, dass das Element A räumlich zischen den Elementen B und C angeordnet ist. Stattdessen sollen auch solche Anordnungen umfasst sein, wo ein hydraulischer Fluss zwischen den Elementen B und C über das Element A möglich ist. Bei den Verbindungen/Kopplungen kann es sich um direkte (ohne
Zwischenelemente) oder um indirekte Verbindungen/Kopplungen handeln. Im letzteren Fall können eine oder mehre Elemente/Bauteile zwischen den verbundenen
Komponenten vorhanden sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Schalteinrichtung ein Steuerventil mit einem verschiebbaren Kolben. Der Kolben kann in einer ersten Stellung einen
Flusspfad zwischen dem Auslass und dem Einlass öffnen und in einer zweiten Stellung den Flusspfad zwischen dem Auslass und dem Einlass schließen. Das Steuerventil kann ausgebildet sein, um den Kolben in die erste Stellung zu verschieben, wenn der erzeugte Druck (am Einlass) kleiner als der Schaltdruck ist, und in die zweite Stellung zu verschieben, wenn der erzeugte Druck (am Einlass) größer als der Schaltdruck ist. Sofern der erzeugte Druck gleich dem Schaltdruck ist, kann entweder die erste Stellung oder die zweite Stellung eingenommen werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Steuerventil zumindest eine erste Kammer und eine Feder. Die Vorrichtung kann weiter eine erste Steuerleitung aufweisen, die die erste Kammer mit dem Einlass fluid verbindet, wobei die erste Steuerleitung einen Druckausgleich zwischen der ersten Kammer und dem Einlass bewirkt und die Feder eine Vorspannung des Kolbens in Richtung zur ersten Stellung bewirkt, so dass der Schaltdruck durch die Feder definiert ist.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der Druckerzeuger einen ersten
Druckanschluss und einen zweiten Druckanschluss, wobei der Einlass an dem ersten Druckanschluss koppelt. Die Vorrichtung kann außerdem einen weiteren Einlass zum Koppeln an den zweiten Druckanschluss, einen weiteren Auslass zum Bereitstellen eines weiteren hydraulischen Druckes und ein drittes Rückschlagventil umfassen. Das dritte Rückschlagventil ist ausgebildet, um einen Flusspfad von dem weiteren Einlass zu dem weiteren Auslass bei Überschreiten eines dritten Öffnungsdruckes zu öffnen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Die Schalteinrichtung kann auch den weiteren Auslass und den weiteren Einlass verbinden und ausgebildet sein, um den weiteren hydraulischen Druck am weiteren Auslass zu verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger erzeugte Druck am weiteren Einlass kleiner ist als der Schaltdruck, wobei der Schaltdruck kleiner ist als der dritte Öffnungsdruck.
Der hier definierte Schaltdruck kann auch unterschiedlich zu dem zuvor definierten Schaltdruck gewählt werden, sodass sich die Schalteinrichtung asymmetrisch verhält, d.h. bei einer Bewegung in die erste Stellung einen höheren (oder niedrigen) Schaltdruck erfordern als bei einer entgegengesetzten Bewegung. Jedoch ist es bei der Anwendung für eine Lenkanlage sinnvoll, die beiden Schaltdrücke gleich zu wählen.
Aufgrund der definierten Funktionen kann die Vorrichtung dazu genutzt werden, dass der Druckerzeuger entlastet wird und trotzdem der hydraulische Druck am Auslass aufrechterhalten wird. Der Druckerzeuger braucht nur den Schaltdruck aufrechterhalten, der jedoch in der Regel deutlich kleiner ist als ein typischer Druck, der durch den Druckerzeuger erzeugt wird, was zu der genannten Entlastung führt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Schalteinrichtung eine zweite Kammer und eine weitere Feder. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine zweite Steuerleitung, die die zweite Kammer mit dem weiteren Einlass fluid verbindet. Die zweite
Steuerleitung bewirkt einen weiteren Druckausgleich zwischen der zweiten Kammer und dem weiteren Einlass. Die weitere Feder bewirkt eine Vorspannung des Kolbens in Richtung zur zweiten Stellung, so dass der Schaltdruck von der Federkraft abhängt. Der Kolben kann sich somit zwischen einer ersten Öffnungsposition (erste Stellung) und einer zweiten Öffnungsposition (zweite Stellung) hin und her bewegen. Außerdem kann der Kolben Passagen aufweisen, die die Verbindung zwischen dem Auslass und dem Einlass bzw. zwischen dem weiteren Auslass und dem weiteren Einlass beim
Verschieben herstellen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung eine optionale erste Drosseleinrichtung entlang der ersten Steuerleitung, um eine Drosselung des
Druckausgleichs zu bewirken. Außerdem kann die Vorrichtung eine zweite
Drosseleinrichtung entlang der zweiten Steuerleitung umfassen, um eine Drosselung des weiteren Druckausgleichs zu bewirken. Diese Drosselungen bewirken eine
Dämpfung, um ein unerwünschtes Überschwingen bei der Bewegung des Kolbens zu vermeiden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ein optionales zweites Rückschlagventil umfassen, das zwischen der Schalteinrichtung und dem Einlass ausgebildet ist, um einen Fluss von der Schalteinrichtung bei Überschreiten eines zweiten Öffnungsdruckes zu ermöglichen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern, wobei der zweite Öffnungsdruck größer ist als der Schaltdruck. Daher öffnen das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil erst oberhalb des Drucks, bei dem der Kolben bereits bewegt wird, um den Rückfluss von dem Auslass oder von dem weiteren Auslass zu unterbinden.
Außerdem kann die Vorrichtung ein viertes Rückschlagventil umfassen, das zwischen der Schalteinrichtung und dem weiteren Einlass ausgebildet ist, um einen Fluss von der Schalteinrichtung bei Überschreiten eines vierten Öffnungsdruckes zu ermöglichen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Der vierte Öffnungsdruck kann größer sein als der Schaltdruck.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der zweite Öffnungsdruck des zweiten
Rückschlagventils gleich dem ersten Öffnungsdruck des ersten Rückschlagventils. Außerdem kann der vierte Öffnungsdruck des vierten Rückschlagventils gleich dem dritten Öffnungsdruck des dritten Rückschlagventils sein.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der Druckerzeuger weiter ausgebildet, um bei Überschreiten eines Leerlaufdruckes an einem seiner Druckanschlüsse einen Rückfluss durch den Druckerzeuger von dem einen Druckanschluss zu ermöglichen, wobei der Schaltdruck größer gewählt ist als der Leerlaufdruck. Der Leerlaufdruck ist
beispielsweise jener Druck, der bei einem stromlosen Zustand erforderlich ist, um den Druckerzeuger passiv so zu bewegen, dass höhere Drücke abgebaut werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Hydrauliksystem mit einem
Druckerzeuger zum Erzeugen eines hydraulischen Druckes an einem Druckanschluss und mit einer der zuvor beschriebenen Vorrichtungen. Der Druckerzeuger kann eine hydraulische Zahnradpumpe umfassen und der Auslass und weitere Auslass der Vorrichtung können beispielsweise an ein Lenkgetriebe koppelbar sein. Die
hydraulische Zahnradpumpe kann auch in umgekehrter Laufrichtungen betrieben werden.
Das Hydrauliksystem mit der Vorrichtung kann sowohl ein offenes hydraulisches System als auch für ein geschlossenes hydraulisches System sein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Servolenkung mit einem
Lenkgetriebe und mit dem Hydrauliksystem. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug mit der Servolenkung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum
Aufrechterhalten eines hydraulischen Druckes, der durch einen Druckerzeuger einstellbar ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Öffnen eines Flusspfades von dem Druckerzeuger zu einem Auslass, wenn ein erster Öffnungsdruck überschritten wird, um dadurch den hydraulischen Druck an dem Auslass aufzubauen; Verhindern eines Flusses in eine entgegengesetzte Richtung; Halten des hydraulischen Druckes, solange ein durch den Druckerzeuger erzeugte Druck größer ist als ein Schaltdruck; und Verringern des hydraulischen Druckes, wenn ein durch den Druckerzeuger erzeugte Druck kleiner ist als der Schaltdruck, wobei der Schaltdruck kleiner ist als der erste Öffnungsdruck.
Die vorliegende Erfindung löst die obengenannte technische Aufgabe somit durch eine Schalteinrichtung (z.B. Steuerventil) für ein offenes oder geschlossenes
Hydrauliksystem, wobei die Arbeitsräume von einer beispielhaften Zahnradpumpe angesteuert werden. Nach Erreichen eines Solldruckes - bei dauerhaft hohem
Systemdruck - kann die Zahnradpumpe weitgehend druckentlastet werden. Außerdem ermöglicht diese Lösung, dass in einem Backup-Mode eine Umgehung der
Zahnradpumpe hergestellt wird, so dass der Fahrer bei einem Systemausfall nicht die Zahnradpumpe mit dem Motor zusammen mitdrehen muss. Der dauerhaft hohe Systemdruck kann daher einer Dauerlast (z.B. während einer Blockierung durch eine Bordsteinkante) standhalten, ohne dass eine erhöhte
Verlustleistung in dem Motor oder an der Pumpe abgefangen werden muss.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen. Fig 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig 2 zeigt weitere Details eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, welches in ein beispielhaftes Lenksystem integriert ist.
Fig. 3 veranschaulicht eine erste Phase eines beispielhaften Druckaufbaus infolge einer Lenkanforderung.
Fig. 4 veranschaulicht eine zweite Phase des Druckaufbaus infolge einer
Lenkanforderung.
Fig. 5 veranschaulicht eine nachfolgende Druckreduzierung in dem beispielhaften
Lenkgetriebe.
Fig. 6 veranschaulicht die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung bei einer Lenkbewegung in eine entgegengesetzte Lenkrichtung.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt ein konventionelles Lenksystem.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 100, die geeignet ist zum Aufrechterhalten eines hydraulischen Druckes p, der durch einen Druckerzeuger 50 einstellbar ist. Die
Vorrichtung umfasst einen Einlass 1 10 zum Koppeln an den Druckerzeuger 50, einen Auslass 120 zum Bereitstellen des hydraulischen Druckes p, zumindest ein erstes Rückschlagventil 131 , das ausgebildet ist, einen Flusspfad von dem Einlass 1 10 zu dem Auslass 120 bei Überschreiten eines ersten Öffnungsdruckes p1 zu öffnen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. Außerdem umfasst die Vorrichtung 100 eine Schalteinrichtung 140 zwischen dem Einlass 1 10 und dem
Auslass 120. Die Schalteinrichtung 140 ist ausgebildet ist, um den hydraulischen Druck p am Auslass 120 zu halten, wenn oder solange ein durch den Druckerzeuger 50 erzeugte Druck pO größer ist als ein Schaltdruck pS. Dies umfasst beispielsweise den gesamten Bereich p0>pS und nicht nur einen oder ein paar Werte. Außerdem kann die Schalteinrichtung 110 den hydraulischen Druck p am Auslass 120 verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger 50 erzeugte Druck pO kleiner ist als der Schaltdruck pS. Der Schaltdruck pS ist kleiner als der erste Öffnungsdruck p1. Das in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann in ein offenes hydraulisches System oder in ein geschlossenes System (siehe der Fig. 2 bis 6) integriert werden. Die Erfindung soll nicht auf eines der beiden Systeme eingeschränkt werden. Vielmehr können die im Folgenden beschriebenen Aspekte ebenso in einem offenen
Hydrauliksystem ausgebildet sein. Um die Beschreibung kompakt zu halten, soll beispielhaft nur das geschlossen Hydrauliksystem genauer beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt weitere Details eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung 100 in eine beispielhafte hydraulische Lenkung mit dem
Druckerzeuger 50, einem Lenkgetriebe 90, einem Druckausgleichbehälter 60 und zwei Rückschlagventilen 70, 80 integriert ist. Das Lenkgetriebe 90 umfasst einen erste Arbeitszylinder 91 und einen zweiten Arbeitszylinder 92, die durch einen Arbeitskolben 93 voneinander getrennt sind. Von dem konventionellen System aus der Fig. 8 unterscheidet sich das gezeigte Hydrauliksystem durch die zusätzlichen Komponenten, die in der Vorrichtung 100 (siehe gestrichelten Kasten) ausgebildet sind, wobei die Vorrichtung in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem Einlass 1 10 und dem Auslass 120 einen weiteren Einlass 112 und einen weiteren Auslass 122 aufweist. Der erste
Arbeitszylinder 91 ist beispielsweise mit dem Auslass 120 und der zweite
Arbeitszylinder 92 mit dem weiteren Auslass 122 verbunden, so dass der Arbeitskolben 93 durch einen hydraulischen Druck am Auslass 120 in die eine Richtung bewegbar ist und durch einen hydraulischen Druck am weiteren Auslass 122 in die entgegengesetzte Richtung bewegbar ist, um so das Fahrzeug zu lenken.
Der Druckerzeuger 50 kann wiederum eine Zahnradpumpe sein und beispielsweise einen ersten und einen zweiten Druckanschluss aufweisen, an die die Vorrichtung 100 mit ihrem Einlass 1 10 und weiteren Einlass 112 gekoppelt ist. Bei dem Gesamtsystem kann es sich um ein vollständig verkapseltes Hydrauliksystem handeln, so dass die Einlässe 110, 1 12 und Auslässe 120, 122 beispielsweise als bestimmte Punkte entlang des hydraulischen Flusses definiert werden können. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 ein erstes
Rückschlagventil 131 , ein zweites Rückschlagventil 132, ein drittes Rückschlagventil 133, ein viertes Rückschlagventil 134, die Schalteinrichtung 140 und zwei
Drosseleinrichtungen 151 , 152. Diese Komponenten sind fluid zwischen dem Einlass 1 10, dem Auslass 120, dem weiteren Einlass 112 und dem weiteren Auslass 122 angeordnet. Der Einlass 1 10 der Vorrichtung 100 koppelt an den ersten Druckanschluss und der weitere Einlass 1 12 an den zweiten Druckanschluss des Druckerzeugers 50, so dass der Druckerzeuger 50 einen steuerbaren Druck pO an dem Einlass 1 10 und/oder dem weiteren Einlass 1 12 bereitstellt.
Zwischen dem Einlass 110 und dem Auslass 120 ist das erste Rückschlagventil 131 angeordnet. Zwischen dem weiteren Einlass 1 12 und dem weiteren Auslass 122 ist das dritte Rückschlagventil 133 angeordnet. Außerdem verbindet die Schalteinrichtung 140 den Auslass 120 mit dem Einlass 1 10 als auch den weiteren Auslass 122 mit dem weiteren Einlass 1 12, wobei zwischen der Schalteinrichtung 140 und dem Einlass 1 10 das zweite Rückschlagventil 132 und zwischen der Schalteinrichtung 140 und dem weiteren Einlass 112 das vierte Rückschlagventil 134 ausgebildet ist.
Das erste Rückschlagventil 131 stellt einen Flusspfad von dem Einlass 110 zu dem Auslass 120 bereit, wenn an dem Einlass 1 10 ein Druck oberhalb eines ersten
Öffnungsdruckes p1 anliegt (und verhindert einen gegenläufigen Fluss). In gleicher Weise stellt das dritte Rückschlagventil 133 einen Flusspfad von dem weiteren Einlass 1 12 zu dem weiteren Auslass 122 bereit, wenn an dem weiteren Einlass 1 12 ein Druck oberhalb des dritten Öffnungsdruckes p3 anliegt (und verhindert einen gegenläufigen Fluss). Das zweite Rückschlagventil 132 stellt einen Flusspfad von der
Schalteinrichtung 140 zu dem Einlass 1 10 bereit, wenn von der Schalteinrichtung 140 ein Druck oberhalb eines zweiten Öffnungsdruckes p2 anliegt (und verhindert einen gegenläufigen Fluss). Das vierte Rückschlagventil 134 stellt einen Flusspfad von der Schalteinrichtung 140 zu dem weiteren Einlass 1 12 bereit, wenn von der
Schalteinrichtung 140 ein Druck oberhalb eines vierten Öffnungsdruckes p4 anliegt (und verhindert einen gegenläufigen Fluss). Der zweite Öffnungsdruck p2 kann
beispielsweise gleich dem ersten Öffnungsdruck p1 sein (z.B. ca. 8 bar). Außerdem kann der dritte Öffnungsdruck p3 beispielsweise gleich dem vierten Öffnungsdruck p4 sein (z.B. ca. 8 bar).
Die Schalteinrichtung 140 umfasst einen bewegbaren Kolben 142, eine erste Kammer 141 und eine zweite Kammer 145, wobei in der Bewegungsrichtung des bewegbaren Kolbens 142 die erste Kammer 141 gegenüberliegend zu der zweiten Kammer 145 angeordnet ist. Der Kolben 142 ändert durch das Verschieben die verfügbaren
Volumina in den Kammern 141 , 145. Außerdem umfasst die Schalteinrichtung 140 eine Feder 144 in der zweiten Kammer 145 und eine weitere Feder 143 in der ersten Kammer 141. Die Feder 144 übt eine Vorspannung auf den verschiebbaren Kolben 142 aus, die den Kolben 142 in die erste Kammer 141 hineindrückt. Ebenso übt die weitere Feder 143 eine Vorspannung auf den Kolben 142 aus, die den Kolben 142 in die zweite Kammer 145 hineindrückt. Der Kolben 142 in der Schalteinrichtung 140 kann insbesondere zwischen den folgenden Positionen verschoben werden: eine erste Öffnungsposition, eine zweite Öffnungsposition und eine Mittenposition. In der ersten Öffnungsposition öffnet die Schalteinrichtung 140 nur den Flusspfad von dem Auslass 120 zu dem Einlass 1 10. In der zweiten Öffnungsposition öffnet die Schalteinrichtung 140 nur den Flusspfad von dem weiteren Auslass 122 zu dem weiteren Einlass 112 und in der Mittenposition sind beide genannten Flusspfade geöffnet. Die erste Öffnungsposition stellt eine erste Anschlagposition dar, in der der Kolben 142 sich am weitesten links befindet, während die zweite Öffnungsposition eine zweite Anschlagposition darstellt, in der der Kolben 142 sich am weitesten rechts befindet. Außerdem kann in der Mittenposition der Auslass 120 mit dem weiteren Auslass 122 über einen Kanal 148 in der
Schalteinrichtung 140 verbunden sein. Bei einer weiteren Mittenposition sind zwar die beiden genannten Flusspfade geöffnet, der Auslass 120 ist jedoch noch nicht mit dem weiteren Auslass 122 verbunden (diese Situation wird beispielsweise in der Fig. 5 unten dargestellt).
Um die Flusspfade durch die Schalteinrichtung 140 bereitzustellen kann der
verschiebbare Kolben 142 entlang seines Umfanges beispielsweise zwei
Vertiefungen/Ausbuchtungen aufweisen, die zwei Passagen bilden. So ist in der zweiten Öffnungsposition (Verschiebung nach rechts in Fig. 2) eine Passage fluid in Verbindung mit dem weitere Auslass 122 und dem weiteren Einlass 1 12. Nach einer Verschiebung des Kolbens nach links in die erste Kammer 141 (erste Öffnungsposition) befindet sich die andere Passage fluid in Verbindung mit dem Auslass 122 und dem Einlass 1 12.
Zur Verschiebung des Kolbens 142 ist wie in Figur 3 gezeigt, ein Schaltdruck pS in der ersten Kammer 141 oder in der zweiten Kammer 145 erforderlich, der beispielsweise für beide Richtungen gleich groß sein kann. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann ein erster Schaltdruck pS1 erforderlich sein, um die Schalteinrichtung 140 in die erste Öffnungsposition zu schalten, und ein zweiter Schaltdruck pS2 (der ungleich dem ersten Schaltdruck pS1 ist) erforderlich sein, um die Schalteinrichtung in die zweite Öffnungsposition zu schalten. Ohne die Erfindung darauf einzuschränken wird im Folgenden angenommen, dass der erste Schaltdruck pS1 gleich dem zweiten Schaltdruck pS2 ist (pS1 =pS2=pS; z.B. ca. 7 bar). Für Lenksysteme ist dies von Vorteil (um eine symmetrische Handhabung der Lenkung zu erreichen). Für andere Anwendungen (z.B. für Hebe- und Senkvorgängen wie sie beispielsweise in Krananlagen genutzt werden) kann eine asymmetrische Ausgestaltung durchaus sinnvoll sein (da die Schwerkraft noch unterstützen kann).
Außerdem umfasst die Vorrichtung 100 wie in Figur 2 gezeigt, eine erste Steuerleitung 158 von dem Einlass 1 10 zu der ersten Kammer 141 und eine zweite Steuerleitung 159 von dem weiteren Einlass 1 12 zu der zweiten Kammer 145. Wenn sich entlang der ersten Steuerleitung 158 der Druck erhöht und oberhalb des Schaltdruckes pS der Schalteinrichtung 140 liegt, führt dies dazu, dass der Kolben 142 die Ruhelage verlässt und sich in die zweite Öffnungsposition bewegt (in der Fig. 2 nach rechts). Wenn andererseits der Druck in der zweiten Steuerleitung 159 soweit erhöht, dass der Druck in der zweiten Kammer 145 oberhalb des Schaltdruckes pS liegt, bewegt sich der Kolben 142 in die erste Öffnungsposition (in der Fig. 2 nach links).
Auf diese Weise kann der bewegbare Kolben 142 einen Fluidfluss von dem Auslass 120 zu dem Einlass 1 10 und/oder von dem weiteren Auslass 122 zu dem weiteren Einlass 1 12 in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in der ersten Steuerleitung 158 und/oder in der zweiten Steuerleitung 159 ermöglichen. Diese Fluidflüsse sind allerdings nur dann möglich, wenn entlang dieser Flusspfade ein Druck oberhalb des zweiten Öffnungsdruckes p2 für das zweite Rückschlagventil 132 bzw. oberhalb des vierten Öffnungsdruckes p4 des vierten Rückschlagventils 134 herrscht. In der
Ruhephase (Mittenposition) ist somit die Schalteinrichtung 140 sowohl von dem Auslass 120 als auch von dem weiteren Auslass 122 geöffnet, wobei die beiden Auslässe gleichzeitig über den Kanal 148 miteinander verbunden sind.
Die erste Öffnungsposition kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der verschiebbare Kolben 142 in die erste Kammer 141 entgegen der Federkraft der weiteren Feder 143 hineingedrückt wird. Die zweite Öffnungsposition kann
beispielsweise dadurch eingenommen werden, dass der verschiebbare Kolben 142 entgegen der Federkraft der Feder 144 in die zweite Kammer 145 hineinbewegt wird. Um eine sichere Mittenposition zu erlauben, kann beispielsweise eine der beiden Feder stärker ausgebildet sein, jedoch nur bis zu einem Anschlag wirken, so dass die gegenüberliegende, schwächer ausgebildete Feder den Kolben 142 von der
gegenüberliegenden Seite gegen diesen Anschlag drückt und so die Mittenposition für den verschiebbaren Kolben 142 sicherstellt. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird dies beispielsweise dadurch erreicht, dass die weitere Feder 143 eine beispielhaft doppelte Federkraft aufweist, als die Feder 144. Jedoch wirkt die weitere Feder 143 nicht zwischen einem Gehäuseteil der
Schalteinrichtung 140 (oder einem anderen Anschlagpunkt) und dem verschiebbaren Kolben 142 selbst, sondern wirkt stattdessen beispielsweise auf eine Lochscheibe 146, durch deren Öffnung sich ein Teil des verschiebbaren Kolbens 142 erstreckt. Da die Lochscheibe 146 einen größeren äußeren Durchmesser aufweist als der verschiebbare Kolben 142 und die erste Kammer 141 ebenfalls einen größeren Durchmesser aufweist als der verschiebbare Kolben 142 bzw. dessen Führung, kann die Lochscheibe 146 nur innerhalb der ersten Kammer 141 verschoben werden. Die stärker ausgebildete weitere Feder 143 drückt daher die Lochscheibe 146 und somit ebenfalls den verschiebbaren Kolben 142 bis maximal zu dem Ende der ersten Kammer 141. Der verschiebbare Kolben 142 kann dazu eine stufenförmige Verbreiterung aufweisen, an die die
Lochscheibe 146 anstößt, um sie bis zu diesem Punkt zu verschieben. Eine weitergehende Verschiebung des verschiebbaren Kolbens 142 kann somit durch die weitere Feder 143 nicht bewirkt werden. Stattdessen wirkt auf den Kolben 142, wenn er sich weiter in die gegenüberliegende zweite Kammer 145 hinein bewegt hat, lediglich die Federkraft der Feder 144, die somit den verschiebbaren Kolben 142 gegen die Lochscheibe 146 zurückdrückt.
Entlang der ersten Steuerleitung 158 ist optional eine erste Drosseleinrichtung 151 ausgebildet. Ebenso kann entlang der zweiten Steuerleitung 159 optional eine zweite Drosseleinrichtung 152 ausgebildet sein. Diese Drosseleinrichtungen 151 , 152 drosseln den Druckausgleich und stellen eine Dämpfung dar. Sie verhindern damit ein störendes Schwingen des verschiebbaren Kolbens 142, beispielsweise während eines
Druckablassens. Ohne diese Drosseleinrichtungen 151 , 152 könnte sich der Druck plötzlich ändern und dadurch ein„Überschwingen" des Kolbens 142 bewirken.
Insbesondere bei warmem Öl mit geringer Viskosität, könnte ohne Drosselung diese Schwingungen des Kolbens 142 (Ventilkolben) entstehen. Um ein solches
Schwingverhalten effektiv zu unterdrücken, sind Drosseleinrichtungen 151 , 152 entsprechend auf den Schaltdruck pS angepasst.
Das Ausdehnungsgefäß 60 ist in seiner Größe so ausgelegt, dass es bei Erwärmung überschüssiges Öl (Hydraulikflüssigkeit) über die Leck- oder Abflussleitung 62 aus dem Druckerzeuger aufnehmen kann. Dort kann im Ruhezustand beispielsweise ein Druck von 5 bar herrschen. Die beiden weiteren Rückschlagventile 70, 80 weisen
beispielsweise einen Öffnungsdruck von 6 bar auf und dienen bei einem aktiven Pumpenbetrieb dem Abfluss der durch die Zahnradpumpe erzeugten Leckraten an die jeweilige drucklose Arbeitszylinderseite. Dadurch wird außerdem ein Druckaufbau in dem Ausdehnungsgefäß 60 verhindert und die Ölversorgung des Systems
sichergestellt.
Die Funktionsweise des in der Fig. 2 beispielhaft gezeigten Systems wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
Fig. 3 zeigt einen Druckaufbau infolge einer Lenkanforderung. Der interne Systemdruck des beispielhaften geschlossenen Hydrauliksystems beträgt beispielsweise 5 bar. Wenn der Druckerzeuger 50 für die Lenkanforderung an dem Einlass 1 10 der Vorrichtung einen Druck bereitstellt, der größer ist als der Schaltdruck pS (z.B. 7 bar), erhöht sich der Druck in der ersten Steuerleitung 158 und somit in der ersten Kammer 141 ebenfalls über den Schaltdruck pS. Infolge der Druckbeaufschlagung von der linken Stirnseite her, kommt es zu einer Verschiebung des verschiebbaren Kolbens 142 gegen die Kraft der Feder 144 nach rechts, so dass die zweite Öffnungsposition eingenommen wird. In dieser zweiten Öffnungsposition ist zwar der weitere Einlass 1 12 mit dem weiteren Auslass 122 verbunden, nicht aber der Einlass 110 mit dem Auslass 120. Solange der durch die Pumpe 50 aufgebaute Druck an dem Einlass 1 10 noch nicht den ersten Öffnungsdruck p1 (z.B. 8 bar) des ersten Rückschlagventils 131 übersteigt, wird das Lenkgetriebe noch nicht druckbeaufschlagt. Daher wird der Druck, wenn der Druckerzeuger 50 weiter den Druck erhöht, zunächst lediglich intern erhöht, jedoch noch nicht an das Lenkgetriebe 90 weitergeleitet. Die Fig. 4 zeigt die Situation, wenn der Druck von dem Druckerzeuger 50 soweit ansteigt, dass die hydraulische Flüssigkeit über das erste Rückschlagventil 131 in den ersten Arbeitszylinder 91 des Lenkgetriebes 90 gelangt. Beispielweise kann der Druckerzeuger 50 am Einlass 1 10 einen Druck von 108 bar aufbauen. Dieser Druck von 108 bar führt dazu, dass sich ein Druck von ca. 100 bar in dem ersten Arbeitszylinder 91 des Lenkgetriebes 90 aufbaut, wenn der ersten Öffnungsdruck p1 vom ersten
Rückschlagventil 131 beispielsweise 8 bar beträgt. Außerdem bleibt der verschiebbare Kolben 42 in der zweiten Öffnungsposition, so dass ebenfalls kein Rückfluss von dem Auslass 120 durch die Schalteinrichtung 140 zurück zu dem Druckerzeuger 50 möglich ist. Der erhöhte Druck (beispielsweise 100 bar) in dem ersten Arbeitszylinder 91 des Lenkgetriebes 90 übt einen Druck auf den Arbeitskolben 93 aus, der sich
gegebenenfalls nach rechts bewegt, so dass sich das Volumen des ersten
Arbeitszylinders 91 entsprechend vergrößert.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann während des Haltens eines solchen Solldruckes der Druckerzeuger 50 entlastet werden. Dazu kann der Druckerzeuger 50
beispielsweise solange abgeschaltet werden, bis sich ein geringerer Druck als der erste Öffnungsdruck p1 des ersten Rückschlagventils 131 einstellt. Solange der Druck am Einlass 1 10 jedoch stets größer ist als der Schaltdruck pS, bleibt der Kolben 142 am rechten Anschlag (zweite Öffnungsposition) und verhindert somit einen Druckabbau im Arbeitszylinder 91 des beispielhaften Lenkgetriebes 90, da der Flusspfad zwischen dem Auslass 120 und dem Einlass 110 (noch) verschlossen bleibt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Druck im ersten Arbeitszylinder 91 für längere Zeit aufrechterhalten werden soll (beispielsweise wenn das eingeschlagene Rad gegen eine Bordsteinkante stößt oder auch bei längeren Kurvenfahrten), so dass die Lenkwirkung weiterhin gewährleistet wird, jedoch der Druckerzeuger 50 nicht belastet wird.
Der Druckabbau am Einlass 1 10 kann beispielsweise über Leckraten des
Druckerzeugers 50 erfolgen, wobei dieser Druckabfall an den Druckanschlüssen häufig langsam erfolgt. Um den Druckabbau zu beschleunigen, kann beispielsweise der Schaltdruck pS derart gewählt werden, dass er in der Lage ist, den Motor bzw. die Pumpe 50 allein durch den vorhandenen Druck am Druckanschluss zurückzudrehen und so einen Druckausgleich auf beiden Seiten des Druckerzeugers 50 herzustellen.
Fig. 5 zeigt eine Vorgehensweise zur aktiven Druckreduzierung in dem Arbeitszylinder 91 (beispielsweise auf 80 bar). Um dies zu erreichen, kann der Druck am Ausgang des Druckerzeugers 50 dadurch weiter abgesenkt werden, dass der Druckerzeuger 50 kurzzeitig in eine entgegengesetzte Richtung betrieben wird und somit der Druck in der ersten Kammer 141 abfällt. Sobald der Druck unterhalb des Schaltdruckes pS fällt, bewegt sich der Kolben 142 in Richtung hin zur Mittenposition und öffnet somit den Flusspfad von dem Auslass 120 hin zu dem Einlass 110. Dies führt wiederum zu einer Druckerhöhung an dem Einlass 1 10, die ihrerseits über die erste Steuerleitung 158 den Druck in der ersten Kammer 141 erhöht und den verschiebbaren Kolben 142 wiederum in die zweite Öffnungsposition verschiebt. Somit bleibt der Druck am Einlass 110 während der gesamten Druckabbauphase nahezu konstant auf den Wert des
Schaltdruckes pS.
Dieser Prozess kann kontinuierlich fortgesetzt werden, um so die beispielhafte
Hydraulikflüssigkeit durch den Druckerzeuger 50 abzulassen. Dabei wird die abgebaute Energie des Systemdrucks in Form von Wärme in der Schalteinrichtung 140 freigesetzt. An dem Druckerzeuger 50 selbst und, insbesondere an einem beispielhaften
Elektromotor (nicht gezeigt), fällt in dieser Phase nur eine minimale Verlustleistung an.
Fig. 6 zeigt die Funktionsweise der Vorrichtung 100 bei einer Lenkbewegung in die entgegengesetzte Lenkrichtung, bei der der Druckerzeuger 50 einen erhöhten Druck am weiteren Einlass 1 12 erzeugt. In diesem Fall wird bei Überschreiten des
Schaltdruckes pS am weiteren Einlass 112 der verschiebbare Kolben 142 in die erste Öffnungsposition verschoben. In der ersten Öffnungsposition ist der Fluidfluss von dem weiteren Auslass 122 zu dem weiteren Einlass 1 12 unterbrochen. Außerdem wird bei Überschreiten des dritten Öffnungsdruckes p3 an dem weiteren Einlass 1 12 das dritte Rückschlagventil 133 geöffnet und Hydraulikflüssigkeit gelangt durch das dritte
Rückschlagventil 133 in den zweiten Arbeitszylinder 92 des Lenkgetriebes 90 und erhöht dort sukzessive den Druck. Dadurch entsteht die Lenkwirkung in die
entgegengesetzte Richtung.
Die Vorrichtung 100 kann spiegelsymmetrisch ausgebildet sein, so dass auch für eine Lenkung in die entgegensetzte Richtung die zuvor beschriebenen Funktionen
(Druckabbau, Entlastung) ausgeführt werden. Somit wird ebenfalls bei Erreichen eines Solldruckes der Solldruck in dem zweiten Arbeitszylinder 92 aufrechterhalten, und zwar auch dann, wenn der Druckerzeuger 50 abgeschaltet wird und der Druck an dem weiteren Einlass 1 12 abfällt. Fällt der Druck an dem weiteren Einlass 1 12 jedoch unterhalb des Schaltdruckes pS, führt dies dazu, dass die weitere Feder 143 den verschiebbaren Kolben 142 hin zur zweiten Öffnungsposition verschiebt und somit einen Flusspfad von dem weiteren Auslass 122 zu dem Einlass 1 12 öffnet. Dies führt wiederum zu einem Druckabbau an dem weiteren Auslass 122. Da sich hierbei jedoch der Druck am weiteren Einlass 1 12 erhöht, steigt ebenfalls der Druck in der zweiten Kammer 145 an und, wenn der Schaltdruck pS erreicht ist, kehrt der Kolben 142 in die erste Öffnungsposition zurück. Daher bleibt der Druck an dem weiteren Einlass 1 12 während dieser Druckabbauphase konstant.
Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Aufrechterhalten eines hydraulischen Druckes p, der durch einen Druckerzeuger einstellbar ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Öffnen S1 10 eines Flusspfades von dem Druckerzeuger 50 zu einem Auslass 120, wenn ein erster Öffnungsdruck p1 überschritten wird, um dadurch den hydraulischen Druck p an dem Auslass 120 aufzubauen; Verhindern S120 eines Flusses in eine entgegengesetzte Richtung; Halten S130 des hydraulischen Druckes p, solange ein durch den Druckerzeuger 50 erzeugte Druck pO größer ist als ein
Schaltdruck pS; und Verringern S140 des hydraulischen Druckes p, wenn ein durch den Druckerzeuger 50 erzeugte Druck pO kleiner ist als der Schaltdruck pS, wobei der Schaltdruck pS kleiner ist als der erste Öffnungsdruck p1.
Alle zuvor beschriebenen Funktionen der Vorrichtungen können als weitere optionale Verfahrensschritte in dem Verfahren umgesetzt sein.
Wesentliche Aspekte von Ausführungsbeispielen können wie folgt zusammengefasst werden. Die beispielhafte hydraulische Zahnradpumpe 50 erzeugt den hydraulischen Druck für das Lenkgetriebe 90. Gleichzeitig wird über den Systemdruck die Position des Kolbens 142 gesteuert, wobei entsprechende Kammern 141 , 145 von beiden Stirnseiten des Kolbens 142 von der Zahnradpumpe 50 angesteuert bzw. bewegt werden können. Nach Erreichen eines Solldruckes kann der Pumpendruck abgebaut werden, wobei der Druck an dem Auslass 120 (oder dem weiteren Auslass 122) aufrechterhalten bleibt. Bei einem Abschalten des Motors geht der Kolben 142 infolge der Federkräfte der Federn 143, 144 in seine Mittenstellung zurück und die Zahnradpumpe 50 wird freigeschaltet (Backup-Mode). Der Kanal 148 verbindet dann den Auslass 120 mit dem weiteren Auslass 122, so dass ebenfalls die Arbeitszylinder 91 , 92 des Lenkgetriebes 90 miteinander verbunden werden. Dies hat zur Folge, dass Lenkbewegungen nur noch zu einem Verschieben des Arbeitskolbens 93 innerhalb des Lenkgetriebes 90 führen, nicht jedoch den Druckerzeuger 50 mitbewegen müssen. Vielmehr kann der
Druckerzeuger 50 in der Ruhelage verbleiben. Der sich einstellende Druck am Einlass 1 10 oder am weiteren Einlass 1 12 während der Druckabbauphase (z.B. 7 bar) sollte in jedem Fall höher sein als der Druck zum Antreiben der beispielhaften Zahnradpumpe 50 im stromlosen Zustand, so dass der Schaltdruck pS automatisch bewirkt, dass die Pumpe 50 sich von alleine zurückbewegt. Bei Ausführungsbeispielen weist die Feder 144 beispielsweise eine Federkraft von 10 N auf und die weitere Feder 143 eine Kraft von 20 N auf, wobei dies lediglich Beispiele sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen liefern die Federn andere Kräfte. Es ist jedoch sinnvoll, die Federkraft der weiteren Feder 143 doppelt oder halb so stark auszubilden, wie die Federkraft der Feder 144, so dass der entsprechende Schaltdruck pS für Bewegungen des verschiebbaren Kolbens 142 in beiden Richtungen gleich groß ist (dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich).
Das vorhandene Steuerventil (Schalteinrichtung 140) dient somit gleichzeitig als ein Backupventil, das ein Freischalten der Pumpeneinrichtung 50 in dem Backup-Modus (beispielsweise bei einem Stromausfall) ermöglicht. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung zusammen mit dem hydraulischen Lenksystem ein vollständig gekapseltes Hydrauliksystem mit integriertem Steuerventil 140 darstellen, welches für geschlossene als auch für offene Hydrauliksysteme verwendbar ist.
Somit ermöglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowohl für geschlossene als auch für offene Hydrauliksysteme eine vollständige Entlastung der Pumpe/Motor-Einheit nach Erreichen eines Solldruckes. Zum Erhalten und Abbau des Druckes ist gemäß Ausführungsbeispielen kein Pumpendruck nötig.
Da der Pumpendruck nicht permanent aufrechterhalten werden muss, ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Motorverlustleistung der Pumpe 50 verringert werden kann (beispielsweise halbiert). Außerdem müssen nahezu keine Verlustleistungen während des Druckhaltens bzw. während eines langsamen Druckabbaus durch den Motor bereitgestellt oder abgefangen werden. Der Druckerzeuger 50 dient nur zur
Systemdruckerzeugung (so lange bis der Druckaufbau abgeschlossen ist) und zum Ansteuern der Schalteinrichtung 140 über die Steuerleitungen 158, 159, wobei hier nur ein vergleichsweise geringer Druck nötig ist (z.B. der Schaltdruck pS). Die Entlastung des Druckerzeugers 50 verringert den Verschleiß und erhöht dadurch die Lebensdauer des Druckerzeugers 50. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die Energie beim Druckhalten bzw. beim Druckabbau durch die Ventile freigesetzt, so dass der Motor nicht belastet wird. Eine Energiefreisetzung durch die Schalteinrichtung 140 oder der Ventile ist jedoch unkritisch im Vergleich zum Motor, der unter der hohen Belastung einem stärkeren Verschleiß ausgesetzt wäre. Da die Verlustleistung durch die
Schalteinrichtung bzw. die Ventile aufgenommen wird, kommt es zu einer geringeren thermischen Belastung der Pumpe oder des Motors, so dass keine separate Kühlung nötig ist. Schließlich wird ebenfalls das Hydrauliköl geschont.
Für die Schalteinrichtung 140 kann beispielsweise ein Schiebeventil oder auch
Proportionalventil genutzt werden, aber nicht ein Magnetventil. Ein Magnetventil kann im Allgemeinen die definierten Funktionen nicht bereitstellen. Ausführungsbeispiele können für offene Hydrauliksysteme genutzt werden und bieten insbesondere dann Vorteile, wenn ein hoher hydraulischer Druck über längere Zeit konstant gehalten werden soll (beispielsweise in Krananlagen, Hebeanlagen,
Greifanlagen etc.). Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ansteuerung des Systems vollkommen hydraulisch erfolgt und keine elektrische Ansteuerung erforderlich ist. Die Pumpe kann beispielsweise in einem geschlossenen System derart ausgebildet sein, dass sie in beiden Richtungen arbeitet und je nachdem auf welcher Seite Druck erforderlich ist wird der Druck auf der einen Seite aufgebaut und auf oder anderen Seite abgebaut. In einem offenen System (siehe Fig. 1 ) wird das Öl beispielsweise von einem Tank lediglich weggepumpt und nicht zwischen zwei Abschnitten des Systems hin und her gepumpt.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die
Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
50 Druckerzeuger
51 Motor
60 Druckausgleichbehälter
70,80 Rückschlagventile
90 Lenkgetriebe
91 erster Arbeitszylinder
92 zweiter Arbeitszylinder
93 Arbeitskolben
100 Vorrichtung
1 10 Einlass
1 12 weiterer Einlass
120 Auslass
122 weiterer Auslass
131 , 132, .. Rückschlagventile
140 Schalteinrichtung
141 erste Kammer
142 verschiebbarer Kolben
143 weiterer Feder
144 Feder
145 zweite Kammer
148 Kanal
158, 159 Steuerleitungen
151 , 152 Drosseleinrichtungen
p hydraulischer Druck
pO erzeugter Druck durch Druckerzeuger pW weiterer hydraulischer Druck pS Schaltdruck
pL Leerlaufdruck
p1 erster Öffnungsdruck
p2 zweiter Öffnungsdruck
p3 dritter Öffnungsdruck vierter Öffnungsdruck

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (100) zum Aufrechterhalten eines hydraulischen Drucks (p), der durch einen Druckerzeuger (50) einstellbar ist,
gekennzeichnet durch
- einen Einlass (1 10) zum Koppeln an den Druckerzeuger (50);
- einen Auslass (120) zum Bereitstellen des hydraulischen Druckes (p);
- zumindest ein erstes Rückschlagventil (131 ), das ausgebildet ist, einen
Flusspfad von dem Einlass (1 10) zu dem Auslass (120) bei Überschreiten eines ersten Öffnungsdruckes (p1 ) zu öffnen und einen Fluss in entgegengesetzter
Richtung zu verhindern; und
- eine Schalteinrichtung (140) zwischen dem Einlass (1 10) und dem Auslass (120), wobei die Schalteinrichtung (140) ausgebildet ist, um den hydraulischen Druck (p) am Auslass (120) zu halten, wenn ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (pO) größer ist als ein Schaltdruck (pS), und den hydraulischen
Druck (p) am Auslass (120) zu verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (pO) kleiner ist als der Schaltdruck (pS), wobei der
Schaltdruck (pS) kleiner ist als der erste Öffnungsdruck (p1 ).
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinrichtung (140) ein Steuerventil mit einem verschiebbaren Kolben (142) umfasst,
wobei der Kolben (142) in einer ersten Stellung einen Flusspfad zwischen dem Auslass (120) und dem Einlass (1 10) öffnet und in einer zweiten Stellung den Flusspfad zwischen dem Auslass (120) und dem Einlass (1 10) schließt und
das Steuerventil ausgebildet ist, um den Kolben (142) in die erste Stellung zu verschieben, wenn der erzeugte Druck (pO) kleiner als der Schaltdruck (pS) ist, und in zweite Stellung zu verschieben, wenn der erzeugte Druckes (pO) größer als der Schaltdruck (pS) ist.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (140) zumindest eine erste Kammer (141 ) und eine Feder (144) aufweist und die Vorrichtung (100) weiter eine erste Steuerleitung (158) aufweist, die die erste Kammer (141 ) mit dem Einlass (110) fluid verbindet, wobei die erste
Steuerleitung (158) einen Druckausgleich zwischen der ersten Kammer (141 ) und dem Einlass (1 10) bewirkt und die Feder (144) eine Vorspannung des Kolbens (142) in Richtung zur ersten Stellung bewirkt, so dass der Schaltdruck (pS) durch die Feder definiert ist.
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Druckerzeuger (50) einen ersten Druckanschluss und einen zweiten Druckanschluss aufweist, und wobei der Einlass
(1 10) an dem ersten Druckanschluss koppelt,
gekennzeichnet durch
- einen weiteren Einlass (1 12) zum Koppeln an den zweiten Druckanschluss des Druckerzeugers (50);
- einen weiteren Auslass (122) zum Bereitstellen eines weiteren hydraulischen
Druckes (pW); und
- ein drittes Rückschlagventil (133), das ausgebildet ist, einen Flusspfad von dem weiteren Einlass (1 12) zu dem weiteren Auslass (122) bei Überschreiten eines dritten Öffnungsdruckes (p3) zu öffnen und einen Fluss in
entgegengesetzter Richtung zu verhindern,
wobei die Schalteinrichtung (140) den weiteren Auslass (122) und den weiteren Einlass (1 12) verbindet und ausgebildet ist, um den weiteren hydraulischen Druck (pW) am weiteren Auslass (122) zu verringern, wenn ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (pO) am weiteren Einlass (1 12) kleiner ist als der Schaltdruck (pS), wobei der Schaltdruck (pS) kleiner ist als der dritte Öffnungsdruck (p3).
5. Vorrichtung (100) nach einem der Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schalteinrichtung (140) eine zweite Kammer (145) und eine weitere Feder (143) aufweist und die Vorrichtung (100) weiter eine zweite Steuerleitung (159) umfasst, die die zweite Kammer (145) mit dem weiteren Einlass (112) fluid verbindet, wobei die zweite Steuerleitung (159) einen weiteren Druckausgleich zwischen der zweiten Kammer (145) und dem weiteren Einlass (1 12) bewirkt und die weitere Feder (143) eine Vorspannung des Kolbens (142) in Richtung zur zweiten Stellung bewirkt, so dass der Schaltdruck (pS) durch die Feder bestimmt ist.
6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
gekennzeichnet durch
- eine erste Drosseleinrichtung (151 ) entlang der ersten Steuerleitung (158), um eine Drosselung des Druckausgleichs zu bewirken und/oder
- eine zweite Drosseleinrichtung (152) entlang der zweiten Steuerleitung (159), um eine Drosselung des weiteren Druckausgleichs zu bewirken.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- ein zweites Rückschlagventil (132), das zwischen der Schalteinrichtung (140) und dem Einlass (1 10) ausgebildet ist, um einen Fluss von der
Schalteinrichtung (140) bei Überschreiten eines zweiten Öffnungsdruckes (p2) zu ermöglichen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern, wobei der zweite Öffnungsdruck (p2) größer ist als der Schaltdruck (pS), und/oder
- ein viertes Rückschlagventil (134), das zwischen der Schalteinrichtung (140) und dem weiteren Einlass (1 12) ausgebildet ist, um einen Fluss von der Schalteinrichtung (140) bei Überschreiten eines vierten Öffnungsdruckes (p4) zu ermöglichen und einen Fluss in entgegengesetzter Richtung zu verhindern, wobei der vierte Öffnungsdruck (p4) größer ist als der Schaltdruck (pS).
8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der zweite Öffnungsdruck (p2) des zweiten Rückschlagventils (132) gleich ist dem ersten Öffnungsdruck (p1 ) des ersten Rückschlagventils (131 ) und/oder
- der vierte Öffnungsdruck (p4) des vierten Rückschlagventils (134) gleich ist dem dritten Öffnungsdruck (p3) des dritten Rückschlagventils (133).
9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Druckerzeuger (50) zumindest einen Druckanschluss zum Koppeln mit dem Einlass oder dem weiteren Einlass der Vorrichtung (100) aufweist und der Druckerzeuger (50) weiter ausgebildet ist, um bei Überschreiten eines Leerlaufdruckes (pL) an dem zumindest einen
Druckanschluss einen Rückfluss durch den Druckerzeuger (50) von dem zumindest einen Druckanschluss zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schaltdruck (pS) größer ist als der Leerlaufdruck (pL).
10. Hydrauliksystem mit einem Druckerzeuger (50) zum Erzeugen eines
hydraulischen Druckes (p) an einem Druckanschluss,
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
1 1. Hydrauliksystem nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckerzeuger (50) eine hydraulische Zahnradpumpe umfasst und der Auslass (120) und weitere Auslass (122) der Vorrichtung (100) an ein Lenkgetriebe (90) koppelbar sind.
12. Servolenkung mit einem Lenkgetriebe (90) und einem Hydrauliksystem nach Anspruch 10 oder Anspruch 1 1.
13. Fahrzeug mit einer Servolenkung nach Anspruch 12.
14. Verfahren zum Aufrechterhalten eines hydraulischen Druckes (p), der durch einen Druckerzeuger (50) einstellbar ist,
gekennzeichnet durch
- Öffnen (S1 10) eines Flusspfades von dem Druckerzeuger (50) zu einem
Auslass (120), wenn ein erster Öffnungsdruck (p1 ) überschritten wird, um dadurch den hydraulischen Druck (p) an dem Auslass (120) aufzubauen;
- Verhindern (S120) eines Flusses in eine entgegengesetzte Richtung; - Halten (S130) des hydraulischen Druckes (p), solange ein durch den Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (pO) größer ist als ein Schaltdruck (pS); und
- Verringern (S140) des hydraulischen Druckes (p), wenn ein durch den
Druckerzeuger (50) erzeugte Druck (pO) kleiner ist als der Schaltdruck (pS), wobei der Schaltdruck (pS) kleiner ist als der erste Öffnungsdruck (p1 ).
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