DE102020106440A1

DE102020106440A1 - Hydraulische Lenkeinheit

Info

Publication number: DE102020106440A1
Application number: DE102020106440.3A
Authority: DE
Inventors: Mogens Frederiksen; Niels Arbjerg; Poul Ennemark
Original assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113371063B; US11623684B2; US20210284229A1; CN113371063A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinheit (1), die ein Gehäuse (3), einen Innenschieber, einen Außenschieber (12), der zwischen Innenschieber und Gehäuse (3) angeordnet ist, und einen Messmotor (14) mit einer Anzahl von Arbeitskammern (15) aufweist, wobei eine erste Kommutierungsgeometrie (18) und eine zweite Kommutierungsgeometrie (19) zwischen dem Außenschieber (12) und dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kommutierungsgeometrien (18, 19) mit den Arbeitskammern (15) des Messmotors (14) verbunden sind und das Gehäuse einen ersten Richtungsanschluss (4), einen zweiten Richtungsanschluss (5), einen Druckanschluss (6) und einen Rücklaufanschluss (7) aufweist.Man möchte ein gutes Lenkverhalten erreichen.Zu diesem Zweck ist eine der Kommutierungsgeometrien (18) direkt mit dem ersten Richtungsanschluss (4) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinheit, die ein Gehäuse, einen Innenschieber, einen Außenschieber, der zwischen dem Innenschieber und dem Gehäuse angeordnet ist, und einen Messmotor mit einer Anzahl von Arbeitskammern aufweist, wobei eine erste Kommutierungsgeometrie und eine zweite Kommutierungsgeometrie zwischen dem Außenschieber und dem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kommutierungsgeometrien mit den Arbeitskammern des Messmotors verbunden sind und das Gehäuse einen ersten Richtungsanschluss, einen zweiten Richtungsanschluss, einen Druckanschluss und einen Rücklaufanschluss aufweist.
Eine derartige Lenkeinheit ist beispielsweise aus US 4 671 747 A bekannt. Wenn der Fahrer eines Fahrzeugs, das mit einer derartigen Lenkeinheit ausgerüstet ist, ein Lenkhandrad dreht, wird der Innenschieber relativ zu dem Außenschieber verdreht. Dieser Vorgang öffnet einige Blenden und schließt andere Blenden. Hydraulikflüssigkeit vom Druckanschluss wird zu dem Messmotor geleitet, der mit dem Außenschieber verbunden ist. Wenn der Messmotor durch den Strom der Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird, stellt er die ursprüngliche linke Beziehung zwischen Außenschieber und Innenschieber wieder her, sobald die notwendige Menge an Hydraulikflüssigkeit einem der Richtungsanschlüsse zugeführt wurde.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein gutes Lenkverhalten zu erreichen.
Diese Aufgabe wird mit einer hydraulischen Lenkeinheit der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass eine der Kommutierungsgeometrien direkt mit dem ersten Richtungsanschluss verbunden ist.
Die Richtungsanschlüsse des Gehäuses sind mit den Arbeitsanschlüssen der Lenkeinheit verbunden oder bilden diese. Die Arbeitsanschlüsse können mit einem Lenkmotor verbunden sein. Wenn die eine der Kommutierungsgeometrien, beispielsweise die erste Kommutierungsgeometrie, direkt mit dem ersten Richtungsanschluss verbunden ist, ist der Messmotor ebenfalls direkt mit dem ersten Richtungsanschluss verbunden, d.h. er ist in einem Arbeitsstrompfad angeordnet, durch den je nach Lenkrichtung des Lenkmotors Hydraulikflüssigkeit einem dieser Arbeitsanschlüsse zugeführt oder von diesem Arbeitsanschluss zurück geführt wird. Wenn der Messmotor in einem Arbeitsstrompfad angeordnet ist, wird er direkt durch die Hydraulikflüssigkeit angetrieben, die dem Lenkmotor zugeführt oder von dort zurückgeführt wird, was das Lenkverhalten verbessert. Dies kann einfach durch eine Neugestaltung der ersten Kommutierungsgeometrie erreicht werden. Wenn die Kommutierungsgeometrie direkt mit dem ersten Richtungsanschluss verbunden ist, bedeutet dies, dass es zwischen dem Richtungsanschluss und der ersten Kommutierungsgeometrie keine Blenden gibt, die in den Lenkvorgang einbezogen sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die erste Kommutierungsgeometrie ausschließlich zwischen dem Außenschieber und dem Gehäuse gebildet. Weitere Elemente sind nicht erforderlich.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Kommutierungsgeometrie eine erste Umfangsnut mit einem geschlossenen Boden auf, wobei die erste Umfangsnut mit ersten Axialnuten verbunden ist, die sich in einen Bereich des Gehäuses erstrecken, in den Kanäle münden, die mit den Arbeitskammern verbunden sind. Der Messmotor weist eine Anzahl von Arbeitskammern auf, beispielsweise sieben Arbeitskammern. Die sieben Arbeitskammern sind mit Hilfe von sieben Kanälen mit einer Umfangswand einer Bohrung in dem Gehäuse verbunden, in der der Außenschieber angeordnet ist. Der Außenschieber weist eine Anzahl von Axialnuten auf, wobei die Anzahl der Axialnuten eine weniger ist als die Anzahl der Arbeitskammern. Da sich die Axialnuten in einen Bereich des Gehäuses erstrecken, in den die Kanäle münden, ist es möglich, die erste Umfangsnut mit einigen der Arbeitskammern zu verbinden. In Abhängigkeit von der Rotationsrichtung des Außenschiebers wird der erste Arbeitsanschluss mit Arbeitskammern verbunden, die Hydraulikflüssigkeit zu dem ersten Arbeitsanschluss zuführen oder, wenn er in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, zu Arbeitskammern, die Hydraulikflüssigkeit von dem ersten Richtungsanschluss erhalten. Grundsätzlich entspricht die erste Kommutierungsgeometrie den bisher bekannten Kommutierungsgeometrien. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Kommutierungsgeometrien gibt es keine Verbindungen zwischen der ersten Kommutierungsgeometrie und dem Innenschieber.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Kommutierungsgeometrie eine zweite Umfangsnut auf, die mit zweiten Axialnuten verbunden ist, die sich in den Bereich des Gehäuses erstrecken, wobei die zweite Kommutierungsgeometrie Öffnungen zum Innenschieber aufweist. Die zweite Kommutierungsgeometrie ist in der Lage, dem Innenschieber Hydraulikflüssigkeit zuzuführen oder von dort zurückzuführen, so dass der Innenschieber und der Außenschieber zusammen Ventilfunktionen erfüllen können.
In einer Ausführungsform der Erfindung verbindet die zweite Kommutierungsgeometrie den Druckanschluss mit dem Messmotor, wenn Innenschieber und Au-ßenschieber relativ zueinander in eine Richtung gedreht werden, und verbindet den Tankanschluss mit dem Messmotor, wenn Innenschieber und Außenschieber relativ zueinander in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden. Auf diese Weise wird der Strom der Hydraulikflüssigkeit durch den Messmotor durch das Zusammenwirken der ersten Kommutierungsgeometrie und der zweiten Kommutierungsgeometrie gesteuert.
Die Erfindung wird nun in Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei:

1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Lenkeinheit in Neutralstellung ist,
2 eine schematische Darstellung der Lenkeinheit in der rechten Lenkstellung ist,
3 eine schematische Darstellung der Lenkeinheit in der linken Lenkstellung ist,
4 eine vergrößerte Ansicht des Außenschiebers ist und
5 eine Fluidsteuereinrichtung schematisch im Schnitt zeigt.

5 zeigt eine Steuereinrichtung 101, die ein Gehäuse 102, eine Fluidmesseinrichtung 103 und eine Endplatte 104 aufweist. Der Einlass P ist mit einer Pumpe und der Auslass T ist mit einem Systembehälter verbunden, aus dem die Pumpe das Fluid erhält. Die Steueranschlüsse sind im gezeigten Querschnitt nicht sichtbar, aber die Buchstaben L und R weisen auf ringförmige Kammern hin, mit denen die Steueranschlüsse in Verbindung stehen. Die Fluidmesseinrichtung 103 weist einen feststehenden Zahnkranz 105 (oder Zahnring) mit Innenverzahnung und ein Dreh- und Planetengetriebe 106 (oder Zahnrad) mit Außenverzahnung auf. Die Zahnräder bilden Volumenkammern 107, die sich während der Bewegung zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung vergrößern und verkleinern.
Ein Ventilelement ist drehbar in dem Gehäuse angeordnet, in dem eine ringförmige Kammer 109 mit dem Auslass T in Verbindung steht. L ist mit einem Ende eines Lenkzylinders verbunden. R ist mit dem anderen Ende des Lenkzylinders über Steueranschlüsse verbunden, die, wie vorstehend erwähnt, in den Abbildungen nicht dargestellt sind. L und R bilden Arbeitsanschlüsse oder Richtungsanschlüsse. Eine Vielzahl von Messanschlüssen 10, die in dem Ventilelement 108 vorgesehen sind, kommunizieren zwischen den Volumenkammern 107 über die Axialdurchgängen 111, die in dem Gehäuse vorgesehen sind. Die ringförmige Kammer 112 ist in Verbindung mit dem Einlass P und damit mit der von der Pumpe unter Druck gelieferten Flüssigkeit.
Das Ventilelement 108 weist einen Außenschieber 113 und einen Innenschieber 114 auf. Der Außenschieber weist ein Kupplungsende 115 auf, das vom Bediener eines Fahrzeugs über ein Antriebsrad gedreht wird. Der Innenschieber und der Außenschieber können aus einer Neutralstellung heraus gegen die Kraft von radialen Blattfedern 116 relativ zueinander gedreht werden. Das Planetengetriebe 106 und dadurch die Verdrängung des Fluids aus den Kammern der Fluidmesseinrichtung wird angetrieben durch den Außenschieber über einen Stift und eine Kardanwelle, die zwischen dem Außenschieber und dem Planetengetriebe verbunden ist. Wenn der Widerstand gegen die Verdrängung des Fluids die Steifigkeit der Feder 116 übersteigt, beginnt die Hülse zu rutschen und dreht sich relativ zum Innenschieber, wodurch sich der Innenschieber von der neutralen Konfiguration in eine Betriebskonfiguration bewegt, in der das Ventilelement einen Durchgang zwischen dem Einlass P und einem der Steueranschlüsse (L, R) bzw. zwischen dem anderen Steueranschluss und dem Auslass T herstellt.
1a zeigt schematisch eine hydraulische Lenkeinheit 1, die mit einem Lenkmotor 2 verbunden ist. Die Lenkeinheit weist ein Gehäuse 3 mit einem ersten Richtungsanschluss 4, einem zweiten Richtungsanschluss 5, einem Druckanschluss 6 und einem Rücklaufanschluss 7 auf. Die Richtungsanschlüsse 4, 5 können auch als „Arbeitsanschlüsse“ bezeichnet werden.
Der Druckanschluss 6 ist mit einer Druckquelle 8 verbunden. Im vorliegenden Fall weist die Druckquelle 8 eine Pumpe 9 und ein Prioritätsventil 10 auf. Es können jedoch andere Druckquellen verwendet werden, z.B. eine Pumpe mit variabler Verdrängung.
Der Rücklaufanschluss 7 ist mit einem Tank 11 verbunden.
Die hydraulische Lenkeinheit 1 weist einen Außenschieber 12 auf, der drehbar in einer Bohrung 13 des Gehäuses 3 angeordnet ist. Ein Innenschieber 26 (1b und 1c) ist drehbar in dem Außenschieber 12 angeordnet. Weiterhin weist die hydraulische Lenkeinheit 1 einen Messmotor 14 auf. Der Messmotor 14 weist eine Anzahl von Arbeitskammern 15 auf, die von einem Rotor 24 gebildet sind. Im vorliegenden Fall weist der Messmotor 14 sieben Arbeitskammern 15 auf.
Die Arbeitskammern 15 sind über Kanäle 17 mit Öffnungen 16 in der Wand der Bohrung 13 verbunden. Die Wand der Bohrung 13 weist somit sieben Öffnungen 16 auf. Die Öffnungen 16 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt.
Der Außenschieber, der in 4 in einer vergrößerten Ansicht dargestellt ist, weist eine erste Kommutierungsgeometrie 18 und eine zweite Kommutierungsgeometrie 19 auf. Die beiden Kommutierungsgeometrien 18, 19 sollen mit den Öffnungen 16 in der Wand der Bohrung 13 in überlappende Beziehung kommen.
Die erste Kommutierungsgeometrie 18 weist eine Umfangsnut 20 auf. Die Umfangsnut 20 ist mit einer Anzahl von ersten Axialnuten 21 verbunden. Die Anzahl der ersten Axialnuten 21 ist eine weniger als die Anzahl von Öffnungen 16 in der Wand der Bohrung 13. Mit anderen Worten gibt es sechs erste Axialnuten 21 in der ersten Kommutierungsgeometrie 18.
Die zweite Kommutierungsgeometrie 19 weist eine zweite Umfangsnut 22 und eine Anzahl von zweiten Axialnuten 23 auf. Die Anzahl der zweiten Axialnuten 23 ist eine weniger als die Anzahl der Öffnungen 16 in der Wand der Bohrung 3. Mit anderen Worten gibt es im vorliegenden Fall sechs zweite Axialnuten.
Die ersten Axialnuten 21 erstrecken sich in axialer Richtung zu einem Bereich des Gehäuses, in dem die Öffnungen 16 angeordnet sind. Die zweiten Axialnuten 23 erstrecken sich (in die andere Axialrichtung) in denselben Bereich, so dass sich die ersten Axialnuten 21 und die zweiten Axialnuten 23 in axialer Richtung überlappen.
Die zweite Kommutierungsgeometrie 19 weist einige Bohrungen 25 auf, durch die Hydraulikflüssigkeit in das Innere des Außenschiebers 12 zum Innenschieber 26 fließen kann. Die erste Kommutierungsgeometrie 18 weist jedoch keine derartigen Bohrungen auf. Die erste Umfangsnut 20 hat einen geschlossenen Boden und die ersten Axialnuten 21 sind auf der radial inneren Seite ebenfalls geschlossen. Dementsprechend gibt es in der ersten Kommutierungsgeometrie 18 keine Verbindung zwischen der ersten Kommutierungsgeometrie 18 und dem Innenschieber 26 innerhalb des Außenschieber 12.
1b zeigt eine Schnittansicht B-B nach 4 durch die erste Kommutierungsgeometrie 18, genauer gesagt entlang einer Linie zwischen der ersten Umfangsnut 20 und den zweiten Axialnuten 23. 1c zeigt eine Schnittansicht C-C nach 4 durch die zweite Kommutierungsgeometrie 19, genauer gesagt entlang einer Linie zwischen der zweiten Umfangsnut 21 und den ersten Axialnuten 22, wobei die Linie die Bohrungen 25 schneidet.
Der Innenschieber 26 weist eine Anzahl von axialen Innenschiebernuten 27 auf, wobei die Anzahl für jede Drehrichtung um eins kleiner ist als die Anzahl der Arbeitskammern 15 des Messmotors 14. Im vorliegenden Fall gibt es zwölf axiale Innenschiebernuten 27. Die axialen Innenschiebernuten 27 des Innenschiebers 26 erstrecken sich in axialer Richtung zumindest zu den Öffnungen 25 in den Außenschieber. Die axialen Innenschiebernuten 27 zusammen mit den Öffnungen 25 bilden Blenden, die einen Teil einer Ventilanordnung sind. Die Ventilanordnung kann weitere Blenden aufweisen, die zwischen dem Innenschieber 26 und dem Außenschieber 12 gebildet sind (nicht dargestellt).
In einer Neutralstellung des Außenschiebers 12 (1) überlappen einige erste Axialnuten 21 und einige zweite Axialnuten 23 die Öffnungen 16 in die Bohrung 13 des Gehäuses 3. Die Öffnungen 25 sind jedoch durch den Innenschieber 26 geschlossen. Somit gibt es keine Verbindung zwischen der zweiten Umfangsnut 21 und den axialen Innenschiebernuten 27 des Innenschiebers. Somit gibt es keine Fluidverbindung zwischen dem Druckanschluss 6 und einem der Richtungsanschlüsse 4, 5.
Wie man in 1 sehen kann, ist die erste Umfangsnut 20 mit dem ersten Richtungsanschluss 4 verbunden. Der zweite Richtungsanschluss 5 ist mit einem anderen Teil des Außenschiebers 12 verbunden.
In einer Stellung „Lenkung rechts“ (2) muss der Innenschieber 26 in Bezug auf den Außenschieber 12 so gedreht werden, dass die ersten axialen Innenschiebernuten 27 in überlappender Beziehung zu den Öffnungen 25 kommen. 2b zeigt eine Schnittansicht B-B und 2c zeigt eine Schnittansicht C-C nach 4. Einige der ersten Axialnuten 21 überlappen mit Öffnungen 16 in der Bohrung des Gehäuses 3, die mit Arbeitskammern 15 verbunden sind, die ein abnehmendes Volumen haben. Einige der zweiten Axialnuten 23 überlappen mit anderen Öffnungen 16, die mit Arbeitskammern 15 verbunden sind, die ein zunehmendes Volumen aufweisen. In diesem Fall dreht sich der Rotor 24 des Messmotors 14 im Uhrzeigersinn. Es entsteht ein Strömungspfad für die Hydraulikflüssigkeit von dem Druckanschluss 6 zum Richtungsanschluss 4, wobei der Messmotor 14 in dem Arbeitsstrompfad zu dem Richtungsanschluss 4 angeordnet ist.
Hydraulikflüssigkeit, die von dem Lenkmotor 2 über den zweiten Richtungsanschluss 5 zurückgeführt wird, wird über andere Blenden zwischen dem Außenschieber 12 und dem Innenschieber 26 zum Tank 11 zurückgeführt.
In der Stellung „Lenkung links“ ist die Strömungsrichtung umgekehrt. Hydraulikflüssigkeit von dem Druckanschluss 6 wird über einige Blenden (nicht im Detail dargestellt), die zwischen dem Außenschieber 12 und dem Innenschieber 26 gebildet sind, dem zweiten Richtungsanschluss 5 zugeführt. Hydraulikflüssigkeit, die vom Lenkmotor 2 über den ersten Richtungsanschluss 4 zurückkommt, wird der ersten Umfangsnut 20 und über die ersten Axialnuten 21 den Arbeitskammern 15 des Messmotors 14 zugeführt, wobei diese Arbeitskammern 15 ein zunehmendes Volumen haben. Zu diesem Zweck wird der Rotor 24 des Messmotors 14 gegen den Uhrzeigersinn gedreht.
Auf diese Weise ist es möglich, den Messmotor 14 direkt in einem Arbeitsstrompfad anzuordnen, d.h. einem Pfad zwischen den Blenden der Lenkeinheit und dem Richtungsanschluss 4. Mit anderen Worten ist der erste Richtungsanschluss 4 direkt mit der ersten Kommutierungsgeometrie 18 verbunden, ohne dass irgendwelche Blenden an dem Lenkvorgang beteiligt sind.
Im vorliegenden Fall wird der erste Richtungsanschluss 4 zum Lenken nach rechts und der zweite Richtungsanschluss 5 zum Lenken nach links verwendet. Es ist jedoch möglich, die beiden Richtungsanschlüsse 4, 5 auch in umgekehrter Richtung zu benutzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4671747 A [0002]

Claims

Hydraulische Lenkeinheit (1), die aufweist: ein Gehäuse (3), einen Innenschieber, einen Außenschieber (12), der zwischen Innenschieber und Gehäuse (3) angeordnet ist, und einen Messmotor (14) mit einer Anzahl von Arbeitskammern (15), wobei eine erste Kommutierungsgeometrie (18) und eine zweite Kommutierungsgeometrie (19) zwischen dem Außenschieber (12) und dem Gehäuse (3) angeordnet sind, wobei die Kommutierungsgeometrien (18, 19) mit den Arbeitskammern (15) des Messmotors (14) verbunden sind und das Gehäuse einen ersten Richtungsanschluss (4), einen zweiten Richtungsanschluss (5), einen Druckanschluss (6) und einen Rücklaufanschluss (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kommutierungsgeometrien (18) direkt mit dem ersten Richtungsanschluss (4) verbunden ist.
Hydraulische Lenkeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommutierungsgeometrie (18) ausschließlich zwischen dem Au-ßenschieber (12) und dem Gehäuse (3) ausgebildet ist.
Hydraulische Lenkeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kommutierungsgeometrie (18) eine erste Umfangsnut (20) mit einem geschlossenen Boden aufweist, wobei die erste Umfangsnut (20) mit ersten Axialnuten (21) verbunden ist, die sich in einen Bereich des Gehäuses (3) erstrecken, in den Kanäle (16) münden, die mit den Arbeitskammern (15) verbunden sind.
Hydraulische Lenkeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommutierungsgeometrie (9) eine zweite Umfangsnut (22) aufweist, die mit zweiten Axialnuten (23) verbunden ist, die sich in den Bereich des Gehäuses (3) erstrecken, wobei die zweite Kommutierungsgeometrie (19) Öffnungen zu dem Innenschieber aufweist.
Hydraulische Lenkeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommutierungsgeometrie (19) den Druckanschluss (6) mit dem Messmotor (19) verbindet, wenn Innenschieber und Außenschieber (12) relativ zueinander in eine Richtung gedreht werden und den Tankanschluss (7) mit dem Messmotor (14) verbindet, wenn Innenschieber und Außenschieber (12) relativ zueinander in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden.