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Dokumentenidentifikation DE10164392B4 13.07.2006
Titel Hydraulische Lenkeinrichtung
Anmelder Bosch Rexroth Aktiengesellschaft, 70184 Stuttgart, DE
Erfinder Bergmann, Erhard, Dr., 19079 Banzkow, DE;
Voß, Gerhard, Dipl.-Ing., 19370 Parchim, DE;
Voßberg, Hartmut, 19370 Parchim, DE
Vertreter Jaap, R., Pat.-Anw., 19370 Parchim
DE-Anmeldedatum 28.12.2001
DE-Aktenzeichen 10164392
Offenlegungstag 10.07.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.07.2006
IPC-Hauptklasse B62D 5/093(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 5/083(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Lenkeinrichtungen arbeiten vollhydraulisch und werden vorzugsweise zum Lenken von schweren und langsamfahrenden Fahrzeugen eingesetzt.

Eine solche Lenkeinrichtung ist beispielsweise in der DE 3814 508 A1 beschrieben. Danach besteht die Lenkeinrichtung in der Hauptsache aus einem Gehäuse mit einem Zulaufanschluss für eine Versorgungspumpe, einem Ablaufanschluss für einen Tank und zwei richtungswechselnde Anschlüsse für den Zulauf zu einem Lenkzylinder und den Rücklauf von dem Lenkzylinder. Im Gehäuse ist ein Drehschiebersteuerventil untergebracht, das aus einer äußeren, im Gehäuse eingepassten Steuerhülse und einem inneren, konzentrisch zur Steuerhülse angeordneten Steuerkolben besteht, die beide gegen die Kraft einer Feder relativ und begrenzt zueinander drehbar sind. Zur Lenkeinrichtung gehört auch eine nach dem Orbitprinzip arbeitende Dosierpumpe, die am Gehäuse angeflanscht ist und die aus einem feststehenden Außenring mit beispielsweise sieben Innenzähnen und einem drehenden Läuferzahnrad mit dann sechs Außenzähnen besteht. Somit bilden sich in der Dosierpumpe sieben volumenveränderliche Kammern aus.

Der im Gehäuse untergebrachte Steuerkolben des Drehschiebersteuerventils ist einerseits mechanisch mit einem Lenkrad und andererseits über eine Antriebswelle mechanisch mit dem Läuferzahnrad der Dosierpumpe verbunden, während das Drehschiebersteuerventil mit den volumenveränderlichen Kammern der Dosierpumpe über Kommutatorkanäle in hydraulischer Verbindung stehen.

Dazu besitzen der Steuerkolben und die Steuerhülse radiale Bohrungen und radiale und axiale Kanäle die zusammen mehrere verstellbare und parallel wirkende Drosseln bilden. Diese Drosseln bewirken, dass der anliegende Ölstrom in der Neutralstellung des Drehschiebersteuerventils über geöffnete Kurzschlussleitungen zum Tank zurückgeführt wird, während der Ölstrom in einer ausgelenkten Stellung des Drehschiebersteuerventils in einen Kurzschlussstrom und in einen dosierten Arbeitsstrom aufgeteilt wird, wobei der dosierte Arbeitsstrom über eine der beiden Zylinderleitungen zum Lenkzylinder geführt wird. In der Hauptleitung befindet sich zudem ein in Richtung zum Lenkmotor öffnendes Rückschlagventil.

Es hat sich nun gezeigt, dass bei Lenkeinrichtungen dieser Art, die als non reaction ausgeführt sind, die also keine Übertragung der Fahrbahnwiderstände auf das Lenkrad zulassen, in besonderen Situationen unerwünschte Bewegungen am Lenkrad auftreten. Eine solche Situation tritt ein, wenn das Lenkrad zunächst gegen den Anschlag gelenkt wird und danach losgelassen wird. Dann dreht sich das Lenkrad auf dem Wege zur Neutralstellung nicht nur über den maximalen Auslenkwinkel des Drehschiebersteuerventils von 9°, wie es eigentlich sein sollte, sondern je nach dem Grad der Lenkkapazität bis zu einer halben Lenkradumdrehung. Dem liegt folgendes technisches Problem zugrunde. Beim Lenken gegen den Anschlag und einem anschließenden Loslassen des Lenkrades versucht der Steuerkolben durch die Kraft des Federelementes, wieder in die Neutralstellung zur Steuerhülse zu gelangen. Dazu steht dem Steuerkolben und damit dem Lenkrad eigentlich ein Weg über einen Verdrehwinkel von 9° zur Verfügung. Auf diesem Wege zur Neutralstellung öffnet aber wieder die Kurzschlussdrossel, wodurch ein Teil des zugeführten Ölstromes über den Kurzschlusspfad in den Tank geleitet wird. Dadurch verringert sich auch der Druck im Bereich vor der Dosierpumpe, während der Druck zwischen der Dosierpumpe und dem Lenkzylinder zunächst aufrechterhalten bleibt. Diese Druckdifferenz belastet die Dosierpumpe und wirkt über diese Dosierpumpe mechanisch auf die Steuerhülse, sodass die Steuerhülse angehalten ist, dem sich nähernden Steuerkolben voranzueilen. Auf Grund der gleichgerichteten und überlagerten Drehbewegung des Steuerkolbens und der Steuerhülse verlängert sich der Weg, bis der Steuerkolben die Steuerhülse eingeholt hat und wieder neutral zu ihr ausgerichtet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Steuersystem einer gattungsgemäßen Lenkeinrichtung so auszubilden, dass beim Übergang von der maximal ausgelenkten Stellung in die Neutralstellung ein Vorauseilen der Steuerhülse vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Lenkeinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Die neue Lenkeinrichtung beseitigt den funktionellen Nachteil des Standes der Technik und erhöht damit den Gebrauchswert der Lenkeinrichtung. Obendrein ist die neue Lenkeinrichtung einfach im Aufbau und daher sowohl in konstruktiver als auch in fertigungstechnischer Hinsicht sehr kostengünstig.

Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Dazu zeigen:

1: eine hydraulische Lenkeinrichtung im Schnitt,

2: ein vereinfachtes Schaltbild der Lenkeinrichtung,

3: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform und

4: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform.

Nach der 1 besteht die hydraulische Lenkeinrichtung in der Hauptsache aus einem Gehäuse 1 mit einem Drehschiebersteuerventil und einer nach dem Gerotorprinzip arbeitenden Dosierpumpe 2, die stirnseitig an das Gehäuse 1 angeflanscht ist, wobei das Drehschiebersteuerventil aus einer äußeren, im Gehäuse 1 eingepassten Steuerhülse 3 und einem inneren, in der Steuerhülse 3 laufenden Steuerkolben 4 gebildet wird. Die Dosierpumpe 2 besteht aus einem innenverzahnten Außenring 5 und aus einem außenverzahnten, einen Zahn weniger aufweisenden Rotor 6, die zwischen sich mehrere volumenveränderliche Verdrängerkammern 7 ausbilden. Diese Verdrängerkammern 7 sind über Kanäle im Gehäuse 1 hydraulisch mit dem Drehschiebersteuerventil und mit einem doppeltwirkenden Lenkzylinder verbunden. Die Dosierpumpe 2 ist dabei mit einem Deckel 8 und einer Zwischenscheibe 9 mit dem Gehäuse 1 verschraubt.

Der innenliegende Steuerkolben 4 des Drehschiebersteuerventils hat eine drehfeste Verbindung mit einem nicht dargestellten Handrad. Innerhalb des Steuerkolbens 4 ist eine Antriebswelle 10 angeordnet, die einerseits über ein balliges Zahnnabenprofil mit dem Rotor 6 der Dosierpumpe 2 und andererseits über einen, den Steuerkolben 4 durchdringenden Stift 11 mit der äußeren Steuerhülse 3 verbunden. Dieser Stift 11 begrenzt im Zusammenspiel mit einer vergrößerten Bohrung im inneren Steuerkolben 4 den Verdrehwinkel zwischen der Steuerhülse 3 und dem Steuerkolben 4 auf etwa 9°. Die Steuerhülse 3 und der Steuerkolben 4 stützen sich innerhalb des begrenzten Verdrehwinkels durch ein radial angeordnetes Federelement 12 gegenseitig ab.

Diese Lenkeinrichtung besitzt nach der 2 einen Zulaufanschluss 13 zur Anbindung an eine Versorgungspumpe 14, einen Rücklaufanschluss 15 zur Verbindung mit einem Tank 16, sowie einen Zylinderanschluss 17 für die Rechtsdrehung und einen Zylinderanschluss 18 für die Linksdrehung. Beide Zylinderanschlüsse 17, 18 verbinden die Lenkeinrichtung mit den beiden Zylinderkammern eines doppeltwirkenden Lenkzylinders 19. Die Lenkeinrichtung besitzt zur Verbindung der Versorgungspumpe 14 mit der einen Zylinderkammer des Lenkzylinders 19 einen Zulaufpfad 20 und zur Verbindung der anderen Zylinderkammer des Lenkzylinders 19 mit dem Tank 16 einen Rücklaufpfad 21. Der Zulaufpfad 20 besitzt einen Abzweig 22, von dem ein Kurzschlusspfad 23 zum Rücklaufpfad 21 führt. Im Kurzschlusspfad 23 befindet sich eine verstellbare Kurzschlussdrossel 24, die in der Neutralstellung geöffnet ist. Außerdem ist im Rücklaufpfad 21 eine verstellbare Zylinderrücklaufdrossel 25 angeordnet, die in der Neutralstellung geschlossen ist.

Im Zulaufpfad 20 befindet sich die aus dem Außenring 5 und dem Rotor 6 gebildete Dosierpumpe 2. In der Durchflussrichtung zum Lenkzylinder 19 sind vor der Dosierpumpe 2 eine verstellbare Kommutatordrossel 26 für den Zulauf zur Dosierpumpe 2 und hinter der Dosierpumpe 2 eine verstellbare Kommutatordrossel 27 für den Ablauf von der Dosierpumpe 2 angeordnet, die beide in der Neutralstellung geschlossen sind. Ebenfalls in der Neutralstellung geschlossen ist eine verstellbare Zylinderzulaufdrossel 28, die in Durchflussrichtung hinter der Kommutatordrossel 27 für den Ablauf von der Dosierpumpe 2 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß befindet sich im Bereich zwischen dem Abzweig 22 für den Kurzschlusspfad 23 und der Zylinderzulaufdrossel 28 des Zulaufpfades 20 ein in Durchflussrichtung zum Lenkzylinder 19 öffnendes Rückschlagventil 29, zu dem ein parallel angeordnetes, federbelastetes und entgegengerichtet wirkendes Sicherheitsventil 30 geschaltet ist.

Zur konstruktiven Anordnung des Rückschlagventils 29 zeigen die 3 und 4 zwei Ausführungsformen der Erfindung, wobei beide 3 und 4 die Steuerhülse 3 und den unsichtbar dargestellten Steuerkolben 4 in der Neutralstellung zeigen. Zunächst ist die Kurzschlussdrossel 24 erkennbar, die aus mehreren am Umfang verteilten Kurzschlussbohrungen 31 in der Steuerhülse 3 und aus axialen Kurzschlussschlitzen 32 im Steuerkolben 4 gebildet wird. In dieser Neutralstellung sind die Kurzschlussbohrungen 31 und die Kurzschlussschlitze 32 in Überdeckung. Nicht in Überdeckung sind dagegen die Kommutatordrosseln 26 und 27, die Zylinderzulaufdrossel 28 und die Zylinderrücklaufdrossel 25. Dazu befinden sich die Kommutatordrossel 26 für den Zulauf zur Dosierpumpe 2 und die Kommutatordrossel 27 für den Ablauf von der Dosierpumpe 2 auf einer gemeinsamen radialen Ebene. Die Kommutatordrossel 26 für den Zulauf zur Dosierpumpe 2 wird durch radiale Kommutatorbohrungen 33 in der Steuerhülse 3 und aus axialen Kommutatornuten 34 im Steuerkolben 4 gebildet und die Kommutatordrossel 27 für den Ablauf von der Dosierpumpe 2 besteht aus Kommutatorbohrungen 35 in der Steuerhülse 3 und aus axialen Zulaufnuten 36 im Steuerkolben 4.

Dagegen besteht die Zylinderzulaufdrossel 28 aus Zulaufbohrungen 37 in der Steuerhülse 3 und aus den axialen Zulaufnuten 36 im Steuerkolben 4 und die Zylinderrücklaufdrossel 25 aus Rücklaufbohrungen 38 in der Steuerhülse 3 und Rücklaufnuten 39 im Steuerkolben 4.

Nach der 3 befindet sich das Rückschlagventil 29 in der ersten Ausführungsform der Erfindung unmittelbar hinter dem Abzweig 22 des Zulaufpfades 20. Dazu ist das Drehschiebersteuerventil in besonderer Weise mit einem Ringkanal 40 für die Kurzschlussdrossel 24 und mit einem Eingangsringkanal 41 für den Zugang zu den Kommutatordrosseln 26 und 27 ausgerüstet. Beide Ringkanäle 40 und 41 sind im Gehäuse 1 der Lenkeinrichtung eingebracht und jeweils über eine Leitung 42 bzw. über eine Eingangsleitung 43 direkt mit dem Abzweig 22 des Zulaufpfades 20 verbunden. Dabei befindet sich das Rückschlagventil 29 in der zum Eingangsringkanal 41 führenden Eingangsleitung 43. Parallel zum Rückschlagventil 29 ist das Sicherheitsventil 30 angeordnet.

Gemäß der 4 ist das erfindungsgemäße Rückschlagventil 29 hinter der Dosierpumpe 2 und zwar zwischen den radialen Ebenen der Kommutatordrossel 27 und der Zylinderzulaufdrossel 28 angeordnet. Dazu sind in diesem Bereich die axialen Zulaufnuten 36 im Steuerkolben 4 unterbrochen und jeweils in eine erste Zulaufnut 44 und eine zweite Zulaufnut 45 getrennt. Alle ersten Zulaufnuten 44 sind durch einen Ringkanal 46 und alle zweiten Zulaufnuten 45 durch einen Ringkanal 47 verbunden. In der Steuerhülse 3 befinden sich in der radialen Ebene des Ringkanals 46 radiale Bohrungen 48, die in einen Ringkanal 49 im Gehäuse münden und in der radialen Ebene des Ringkanals 47 sind radiale Bohrungen 50 angeordnet, die in einen Ringkanal 51 münden. Beide Ringkanäle 49 und 51 sind über eine Verbindungsleitung 52 kurzgeschlossen, in der sich wiederum das Rückschlagventil 29 und das umgehende Sicherheitsventil 30 befinden.

Bei nichtbetätigter Lenkeinrichtung befindet sich das Drehschiebersteuerventil in der Neutralstellung, wo sich der innere Steuerkolben 4 und die äußere Steuerhülse 3 zentrieren und alle zur Dosierpumpe 2 und zum Lenkzylinder 19 führenden Verbindungen geschlossen sind. Das Öl fließt vom Zulaufanschluss 13 über die geöffnete Kurzschlussdrossel 24 des Drehschiebersteuerventils direkt zum Tank 16 zurück.

Bei Auslenkung des Drehschiebersteuerventils werden der Steuerkolben 4 und die Steuerhülse 3 entgegen der Kraft des Federelementes 12 aus ihrer Mittelstellung in eine Arbeitsstellung verdreht, wodurch der Ölstrom in einen zum Tank 16 führenden Kurzschlussstrom und in einen zum Lenkzylinder 19 führenden Arbeitsstrom aufgeteilt wird. Der anteilige Arbeitsstrom wird durch die Dosierpumpe 2 bedarfsgerecht bemessen und dann dem Lenkzylinder 19 zur Verfügung gestellt. Dabei passiert das Öl in der Ausführungsform der 2 und 3 zum Beispiel bei einer Rechtsdrehung zunächst das unbelastete Rückschlagventil 29 und dann nacheinander die Kommutatordrossel 26 für den Zulauf zur Dosierpumpe 2, die Dosierpumpe 2, die Kommutatordrossel 27 für den Ablauf von der Dosierpumpe 2 und die Zylinderzulaufdrossel 28, bevor das Öl den Lenkzylinder 19 belastet. Das dabei aus dem Lenkzylinder 19 verdrängte Öl gelangt über den Rücklaufpfad 21 direkt in den Tank 16.

Bei voller Auslenkung des Drehschiebersteuerventils ist der Kurzschlusspfad geschlossen und das gesamte Öl gelangt zum Lenkzylinder 19.

Wird nach einer solchen vollen Auslenkung des Drehschiebersteuerventils das Lenkrad losgelassen, dann wirkt das Federelement 12 des Drehschiebersteuerventils auf den Steuerkolben 4 und verdreht ihn in Richtung der Neutralstellung zurück. Dabei wird wieder die Kurzschlussdrossel 24 geöffnet, sodass ein Teil des bereitgestellten Ölstromes zum Tank 16 abfließt. Dadurch verringert sich der Druck vor dem Rückschlagventil 29, während der Druck hinter dem Rückschlagventil 29 erhalten bleibt. Diese Druckdifferenz veranlasst die Schließung des Rückschlagventils 29 solange, bis sich durch ein erneutes Auslenken wieder ein ausgeglichenes Druckverhältnis am Rückschlagventil 29 eingestellt hat. Während dieser Zeit spannt der hinter dem Rückschlagventil 29 wirkende Druck die Dosierpumpe 2 und damit die Steuerhülse 4 fest ein. Nach Erreichen eines zulässigen Höchstdruckes hinter dem Rückschlagventil 29 öffnet das auf diesen Wert eingestellte Sicherheitsventil 30 und entspannt die dort vorhanden Drucksäule.

1Gehäuse 2Dosierpumpe 3Steuerhülse 4Steuerkolben 5Außenring 6Rotor 7Verdrängerkammer 8Deckel 9Zwischenscheibe 10Antriebswelle 11Stift 12Federelement 13Zulaufanschluss 14Versorgungspumpe 15Rücklaufanschluss 16Tank 17Zylinderanschluss Rechts 18Zylinderanschluss Links 19Lenkzylinder 20Zulaufpfad 21Rücklaufpfad 22Abzweig 23Kurzschlusspfad 24Kurzschlussdrossel 25Zylinderrücklaufdrossel 26Kommutatordrossel für den Zulauf zur Dosierpumpe 27Kommutatordrossel für den Ablauf von der Dosierpumpe 28Zylinderzulaufdrossel 29Rückschlagventil 30Sicherheitsventil 31Kurzschlussbohrung 32Kurzschlussnut 33Kommutatorbohrung 34Kommutatornut 35Kommutatorbohrung 36Zulaufnut 37Zulaufbohrung 38Rücklaufbohrung 39Rücklaufnut 40Ringkanal 41Eingangsringkanal 42Leitung 43Eingangsleitung 44erste Zulaufnut 45zweite Zulaufnut 46Ringkanal 47Ringkanal 48radiale Bohrung 49Ringkanal 50radiale Bohrung 51Ringkanal 52Verbindungsleitung

Anspruch[de]
  1. Hydraulische Lenkeinrichtung in der Ausführung „non reaction", bestehend aus einem Gehäuse (1) mit einem Drehschiebersteuerventil und einer am Gehäuse (1) angesetzten Dosierpumpe (2), wobei das Drehschiebersteuerventil aus einer äußeren Steuerhülse (3) und einem inneren Steuerkolben (4) besteht,

    – die konzentrisch zueinander angeordnet sind, in einem begrenzten Umfang relativ zueinander verdrehbar sind und miteinander und mit der Dosierpumpe (2) korrespondierende Bohrungen und Kanäle besitzen und

    – die einen in der Neutralstellung geöffneten Kurzschlusspfad (23), einen in der Neutralstellung geschlossenen Rücklaufpfad (21) und einen in der Neutralstellung geschlossenen Zulaufpfad (20) ausbilden, wobei

    – der Zulaufpfad (20) ein in Richtung zum Lenkzylinder (19) öffnendes Rückschlagventil (29), einen zum Kurzschlusspfad (23) führenden Abzweig (22), die Dosierpumpe (2) sowie eine Kommutatordrossel (26) für den Zulauf zur Dosierpumpe (2), eine Kommutatordrossel (27) für den Ablauf von der Dosierpumpe (2) und eine Zylinderzulaufdrossel (28) aufnimmt,

    dadurch gekennzeichnet, dass sich das Rückschlagventil (29) zwischen dem zum Kurzschlusspfad (23) führenden Abzweig (22) und der Zylinderzulaufdrossel (28) befindet.
  2. Hydraulische Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (29) zwischen dem Abzweig (22) und der Dosierpumpe (2) angeordnet ist.
  3. Hydraulische Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurzschlussdrossel (24) einen die Kurzschlussbohrungen (31) in der Steuerhülse (3) verbindenden Ringkanal (40) und der Zugangsbereich zur Kommutatordrossel (26) für den Zulauf zur Dosierpumpe (2) einen Eingangsringkanal (41) besitzen, wobei der Eingangsringkanal (41) über eine Eingangsleitung (43) mit dem Abzweig (22) verbunden ist, in der sich das Rückschlagventil (29) befindet.
  4. Hydraulische Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (29) zwischen der Dosierpumpe (2) und der Zylinderzulaufdrossel (28) angeordnet ist.
  5. Hydraulische Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zulaufnut (36) im Steuerkolben (4) aus einer ersten Zulaufnut (44) und einer zweiten Zulaufnut (45) besteht und alle ersten Zulaufnuten (44) durch einen Ringkanal (46) und alle zweiten Zulaufnuten (45) durch einen Ringkanal (47) miteinander verbunden sind, wobei beide Ringkanäle (46, 47) über radiale Bohrungen (48, 50) in der Steuerhülse (3) Zugang zu je einem Ringkanal (49, 51) haben, die beide über eine Verbindungsleitung (52) verbunden sind, in der sich das Rückschlagventil (29) befindet.
  6. Hydraulische Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Rückschlagventil (29) umgehendes und den Druck vor dem sich schließenden Rückschlagventil (29) auf einen gewünschten Wert begrenzendes Sicherheitsventil (30) vorgesehen ist.
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