DE2742688A1

DE2742688A1 - Hydraulische hilfskraftlenkung mit energieversorgungseinrichtung mit druckspeicher

Info

Publication number: DE2742688A1
Application number: DE19772742688
Authority: DE
Inventors: Winfried De Maight
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB2004513B; FR2403922A1; SU867326A3; FR2403922B3; GB2004513A; SE7809897L; IT1106766B; SE430046B; DD139349A5; US4204584A; IT7850939A0; ES473082A1; JPS5451133A

Description

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Anwendungsgebiet, Stand der Technik

Die Erfindung ist anwendbar auf hydraulische Hilfskraftlenkungen für Fahrzeuge, insbesondere schwere Kraftfahrzeuge, aber auch Schiffe. Die hydraulische Hilfskraftlenkung hat eine mechanische Verbindung zwischen einer Betätigungseinrichtung, insbesondere dem Lenkrad und den gelenkten Fahrzeugteilen, insbesondere den Rädern oder dem Ruder. Zusätzlich ist eine das Lenken erleichternde hydraulische Hilfskraftverstärkung vorgesehen.

Der Oberbegriff von Anspruch 1 bezieht sich auf im Anmeldezeitpunkt verwendete hydraulische Hilfskraftlenkungen, die mit einem Druckspeicher ausgerüstet sind. Der Druckspeicher ist auf den höchsten erforderlichen Betriebsdruck ausgelegt. Für das Lenken scherer Fahrzeuge im Stand und bei Fahrgeschwindigkeiten unter 5 km/h sind erhebliche Lenkkräfte und zu ihrer Erzeugung Drücke bis 18O bar erforderlich. Speicher, die in der Lage sind, mit der nötigen Sicherheit derartige Drücke aufzunehmen, sind schwer und teuer.

Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten werden zum Lenken nur relativ geringe Drücke, z. B. bis 5 bar benötigt. Wird der Stellmotor über das Lenkventil aus einem auf l8o bar aufgeladenen Speicher betrieben und werden nur 5 bar im Stellmotor benötigt, so müssen infolgedessen in der Verbindung zwischen Spei eher und Stellmotor, d. h. hauptsächlich im Lenkventil, die restlichen 175 bar als Druckabfall auftreten. Hier entstehen infolgedessen relativ hohe Leckverluste, also Energieverluste. Man kann diesen zum Teil dadurch begegnen, daß man das Lenkventil mit sehr geringen Spielen bei geringen Fertigungstoleranzen ausrüstet, was aber hohe Fertigungskosten bedingt. Dieser Aufwand ist unwirtschaftlich, da das Lenken im Stand und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten*

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insbesondere also beim Parkieren, nur etwa einem Prozent der gesamten Lenkungsdauer entspricht.

Aufgabe, Lösung, Vorteile

Durch die vorliegende Erfindung soll eine hydraulische Hilfskraftlenkung der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art, deren Energieversorgungseinrichtung einen Druckspeicher aufweist, so ausgebildet werden, daß man sowohl bei der Herstellung des Speichers, als auch bei der Herstellung des Lenkventils Kosten spart. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Der Druckspeicher wird also nicht für den maximal erforderlichen Betriebsdruck ausgelegt, sondern für einen niedrigeren Druck. Dieser kann z. B. 60 bar statt der maximal erforderlichen l80 bar betragen.

Durch das Umschaltventil wird über das Lenkventil der Stellmotor normalerweise aus dem Speicher mit Druckflüssigkeit versorgt, aber bei Lenkvorgängen, die einen höheren Betriebsdruck erfordern, unmittelbar aus der Hochdruckpumpe, die in der Lage ist,den maximal erforderlichen Betriebsdruck von l80 bar aufzubringen.

Das Umschaltventil sorgt außerdem für die Ladung des Druckspeichers.

Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile:

- Der Druckspeicher braucht nur für einen geringeren als den maximal erforderlichen Betriebsdruck ausgelegt zu werden und wird damit billiger.

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Auch das Lenkventil wird billiger infolge geringerer erforderlicher Bearbeitungsgenauigkeit.

Bei 99 % der Lenkdauer wird das Lenkventil aus dem Speicher betrieben. Infolgedessen treten geringere Druckabfälle auf und somit geringere Leckverluste, also Energieverluste. Bei dem restlichen einen Prozent der Lenkdauer, wo das Lenkventil unmittelbar aus der Kochdruckpumpe gespeist wird, ist ein hoher Arbeitsdruck im Stellmotor erforderlich, so daß auch dann am Lenkventil nur ein relativ geringer Druckabfall auftritt.

Von der Hochdruckpumpe ist im Normalbetrieb für die Aufladung des Druckspeichers weniger Energie aufzubringen, als wenn ständig der maximal erforderliche Betriebsdruck von z. B. l80 bar anstehen müßte. Hieraus ergeben sich neben einem geringeren Energieverbrauch auch ein geringerer Verschleiß der Hochdruckpumpe .

Weiterbildungen der Erfindung

Durch eine Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß das Umschaltventil im Ruhezustand so eingestellt bleibt, daß die Hochdruckpumpe mit dem Lenkventil verbunden ist, so daß sofort nach dem Einschalten des Motors Druck am Lenkventil ansteht. Außerdem wird erreicht, daß das Umschaltventil schon vor Erreichen des Speicherdruckes das Lenkventil unmittelbar mit der Hochdruckpumpe verbindet, so daß stets eine ausreichende Energiereserve zum Lenken vorhanden ist.

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Erläuterung der Erfindung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, die eine schematisierte Schaltung der hydraulischen Hilfskraftlenkung mit Energieversorgungseinrichtungen nach der Erfindung darstellt.

Die Einrichtung hat einen Ausgleichsbehälter 2 für die Arbeitsflüssigkeit, eine Hochdruckpumpe 4, einen Druckspeicher 6 mit Ladeventil 8, ein Lenkventil 10 und einen von diesem angesteuerten Stellmotor 12, der die gelenkten Fahrzeugteile betätigt.

Die Hochdruckpumpe 4 fördert in eine Hochdruckleitung 14, die über eine Leitung 16 mit einer Betätigungsfläche eines Druckbegrenzungsventil 18 in Verbindung steht, wodurch der Förderdruck der Hochdruckpumpe 4 auf z. B. l80 bar begrenzt wird.

Der Druckspeicher 6 steht über eine Leitung 20 mit einer Betätigungsfläche des Ladeventils 8 in Verbindung. Dies ist ebenfalls ein Druckbegrenzungsventil. Es öffnet, wenn der maximal zulässige Speicherdruck von z. B. 60 bar überschritten wird und läßt dann von der Hochdruckpumpe 4 geförderte Druckflüssigkeit über eine Leitung 22 zum Ausgleichsbehälter 2 abfließen.

Das Lenkventil 10 hat eine geschlossene Mitte. Je nach Lenkeinschlag führt es dem einen oder anderen Arbeitsraum des Stellmotors Druckflüssigkeit zu.

So weit ist die Einrichtung bekannt.

Ein Umschaltventil J>0, das z. B. als Axialkolbenventil

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ausgestaltet sein kann, wird unter der einstellbaren Vorspannkraft eine Feder ?2 in seiner dargestellten Lage gehalten, die der Ruhestellung entspricht. In dieser Lage verbindet es die Hochdruckleitung 14 über ein Rückschlagventil 34 und eine Leitung 36 mit dem Lenkventil 10. Bei dieser Einstellung wird der Stellmotor 12 beim Lenken unmittelbar aus der Hochdruckpumpe 4 gespeist.

Das Umschaltventil 30 hat zwei Betätigungsflächen, nämlich eine erste Betätigungsfläche 41 und eine zweite Betätigungsfläche 42, die entgegengesetzte Wirkungsrichtung haben, die Betätigungsfläche 42 die gleiche wie die Feder 32.

Die Leitung 36 steht über eine Leitung 44 mit der ersten Betätigungsfläche 41 in Verbindung. Infolgedessen schaltet das Umschaltventil 30 aus der eingezeichneten Stellung in die andere Stellung um, sobald die Hochdruckpumpe 4 einen Druck von z. B. 10 bar aufgebaut hat, der die Kraft der Feder 32 überkompensiert. Hierbei ist vorausgesetzt, daß kein Lenkvorgang stattfindet, also das Lenkventil 10 in seiner eingezeichneten Zentralstellung steht und die Leitung 36 absperrt, Hat das Umschaltventil auf Speicherbetrieb umgeschaltet, so wird zunächst der Speicher 6 über Leitungen 46, 48 und ein Rückschlagventil 50 aufgeladen, bis bei Erreichung des Maximaldruckes des Speichers Druckflüssigkeit über Leitung 52 das Ladeventil 8 und Leitung 22 abfließt.

Der Speicher ό steht über ein Rückschlagventil 54 und Leitung 36 mit dem Lenkventil 10 in Verbindung. Dagegen ist eine direkte Verbindung von der Hochdruckpumpe 4 zu Leitung 36 durch das Umschaltventil unterbrochen.

Die beiden Arbeitsräume des Stellmotors 12 sind mit den

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beiden Zuflußräumen eines Abwägeventils 56 verbunden, das aus zwei gegeneinandergekehrten Rückschlagventilen aufgebaut ist. Der Mittelraum des Abwägeventils steht über eine Leitung 58 mit der zweiten Betätigungsfläche 42 des Umschaltventils 30 in Verbindung.

Tritt in dem jeweils als Druckraum fungierenden Arbeitsraum des Stellmotors 12 ein Druck auf, der sich dem Speicherdruck nähert, so nimmt schließlich der auf die Betätigungsfläche einwirkende Druck einen so hohen Wert an, daß die hierdurch auf den Kolben des Umschaltventils 30 ausgeübte Kraft, zuzüglich der Kraft der Feder 32 größer werden als die Kraft, · die unter dem Einfluß des Speicherdrucks über die Betätigungsfläche 41 auf den Umschaltventilkolben ausgeübt wird. Das Umschaltventil 30 schaltet wieder in seine eingezeichnete Stellung um. In dieser Stellung wird der Stellmotor 12 unmittelbar aus der Hochdruckpumpe 4 betrieben, nämlich dann, wenn besonders hohe Lenkkräfte aufgebracht werden müssen.

Die Kraft der Feder 32 addiert sich zu der Kraft, die durch den Druck in Leitung 58 auf den Kolben des Umschaltventils ausgeübt wird. Infolgedessen wird schon etwas vor Erreichen des Speicherdrucks auf direkte Verbindung zwischen Hochdruckpumpe und Lenkventil umgeschaltet. Außerdem sorgt die Feder 32 in Ruhestellung des Kraftfahrzeugmotors, der die Hochdruckpumpe antreibt, für eben dieselbe Verbindung.

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Claims

ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Frieärichshafen

HYDRAULISCHE HILFSKRAFTLENKUNG MIT ENERGIEVERSORGUNGSEIN RICHTUNG .MIT DRUCKSPEICHER

71-19 S/Na

15. Sept. 1977

Patentansprüche

hydraulische Hilfskraftlenkung für Fahrzeuge mit einer Energieversorgungseinrichtung, die einen Ausgleichsbehälter für die Arbeitsflüssigkeit, einen aus diesem über eine Hochdruckpumpe gespeisten Druckspeicher und ein von einer Betätigungseinrichtung (Lenkrad) verstellbares Lenkventil mit geschlossener Mitte hat, das einen Stellmotor für die gelenkten Fahrzeugteile (Räder, Ruder) ansteuert, dadurcn gekennzeichnet,

- daß der Druckspeicher (6) auf einen niedrigeren als den für das Lenken maximal erforderlichen Betriebsdruck ausgelegt ist,

- daß ein Umschaltventil (?0) die Hochdruckpumpe (4) mit dem Speicher (6) oaer dem Lenkventil (10) verbindet,

- daß eine vom Umschaltventil (30) absperrbare, zum Lenkventil (10) führende Leitung (~*>6) mit einer ersten Betätigungsfläche (^:tl) des Umschaltventils (30) in Verbindung steht,

- daß der .jeweil i^t; Druckraum des Stellmotors (12) mit

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ORIGINAL INSPECTED

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einer Betätigungsfläche entgegengesetzter Wirkungsrichtung (zweite Betätigungsfläche 42) des Umschaltventils in Verbindung steht, derart,

- daß das Umschaltventil die Hochdruckpumpe mit dem

Druckspeicher verbindet, solange der Druck im je_t weiligen Druckraum des Stellmotors (Arbeitsdruck) kleiner ist als der Speicherdruck, dagegen mit dem Lenkventil, wenn der Arbeitsdruck größer ist als der Speicherdruck.
2. Hydraulische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kolben des Umschaltventils (30) in gleichem Sinne wie die zweite Betätigungsfläche (42) eine einstellbare Vorspannkraft (Feder einwirkt, derart, daß das Umschaltventil die Hochdruckpumpe (4) mit dem Lenkventil (10) sowohl im Ruhezustand verbindet als auch dann, wenn der Arbeitsdruck einen Wert überschreitet, der um eine durch die Vorspannkraft einstellbare Druckdifferenz kleiner ist als der Speicherdruck.
J>. Hydraulische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der Arbeitsräume des Stellmotors (12) ein Rückschlagventil (Teile von 5ό) mit seinem Zuflußraum angeschlossen ist und daß die anderen Anschlüsse der Rückschlagventile miteinander und mit der zweiten Betätigungsfläche (42) des Umschaltventils (30) verbunden sind.
4. Hydraulische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile gemeinsam als Abwägeventil (56) ausgebildet sind.

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