DE4021089A1 - Hydraulikeinrichtung fuer nutzfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung für Nutz­ fahrzeuge wie einen Gabelstapler, insbesondere eine Hydrau­ likeinrichtung zur Steuerung der Verdrängung einer Hydrau­ likpumpe zur Versorgung eines Servolenk-Systems.

Fig. 1, auf die bereits an dieser Stelle verwiesen sei, zeigt eine bekannte Hydraulikeinrichtung eines Gabelstap­ lers, der mit einem Servolenk-System versehen ist. Eine derartige Hydraulikeinrichtung hat Verdränger-Konstantpum­ pen 10 und 12 mit hohem bzw. niedrigem Fördervolumen, die in Tandemanordnung verbunden und von einem Motor 14 ange­ trieben sind. Die (das) von der Hydraulikpumpe 10 mit höhe­ rem Fördervolumen geförderte Hydraulikfluid (Arbeitsöl) wird unter Druck zu einem Steuerventil 16 geleitet, und das Hydrauliköl-Volumen wird in Abhängigkeit von einem Be- oder Entladevorgang einem Hubzylinder 18 oder einem Kippzylinder 20 zu- bzw. von diesen abgeführt.

Andererseits wird das von der Pumpe mit geringerem Förder­ volumen geförderte Hydrauliköl über einen Strömungsteiler 24 nur in der für die Servounterstützung notwendigen Menge Q1 dem Servolenk-System 22 zugeführt, während die Über­ schußmenge Q2 des Hydrauliköls zu einem Fluid-Tank 26 zu­ rückgeführt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei der bekannten Hydrau­ likeinrichtung die für das Servolenk-System benötigte Hydraulikölmenge Q1 immer über den Strömungsteiler 24 er­ halten. Das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 12 ist norma­ lerweise derart ausgelegt, daß die für die Versorgung der Servolenkung notwendige Menge Q1 im Leerlauf des Motors 14 erhalten wird.

Demgemäß wird, wie in Fig. 2 dargestellt, die Überschußmenge Q2 des Hydrauliköls, die zum Tank 26 zurückgeführt wird un­ vermeidlich zusammen mit der von der Hydraulikpumpe 12 ge­ förderten Menge erhöht, wenn sich die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) des Motors 14 erhöht. Die notwendige Menge Q1 der Hydraulikflüssigkeit wird nutzlos im Kreislauf geführt, wenn das Servolenk -System -bspw. bei der Geradeausfahrt des Fahrzeugs- nicht wirkt. Durch die nutzlose Kreislaufführung des Hydrauliköls werden der Leistungsverlust und die Öltem­ peratur erhöht, und/oder ein vorzeitiger Verschleiß der Dichtelemente o. ä. verursacht, was zu schwerwiegenden Schä­ digungen der Hydraulikeinrichtung führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Hydraulik­ einrichtung derart weiterzubilden, daß deren Lebensdauer bei Verringerung des Leistungsverlustes erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß hat eine derartige Hydraulikeinrichtung eine Hydraulikpumpe mit ein­ stellbarem Fördervolumen (Verstellpumpe), die mit einem Servolenk-System verbunden ist, einen ersten Detektor zur Erfassung einer Lenkkraft und einen zweiten Detektor zur Erfassung der Pumpendrehzahl pro Minute. In einer Regelein­ richtung werden die sowohl vom ersten als auch vom zweiten Detektor stammenden Signale verarbeitet, um diejenige Fluidmenge zu berechnen, die, falls die Lenkkraft einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, bei einer Umdrehung der Pumpe für das Servolenk-System notwendig ist, und es wird ein Steuersignal abgegeben, das dem berechneten Wert entspricht. Darüberhinaus hat die Hydraulikeinrichtung einen Fördervolumen-Verstellmechanismus, mit dem die von der Pumpe geförderte Fluidmenge gemäß dem Steuersignal der Regeleinrichtung eingestellt werden kann.

Bei einer derartigen Hydraulikeinrichtung vergleicht die Regeleinrichtung zunächst den erfaßten Wert der Lenkkraft mit dem Schwellenwert, um zu entscheiden, ob mit der Lenk­ bewegung eine Richtungsänderung herbeigeführt werden soll, um anschließend die Hydraulikölmenge pro Pumpenumdrehung zu berechnen, die abhängig von dem aktuellen Istwert der Pum­ pen-(Motor-)drehzahl (in Umdrehungen pro Minute) für die Servounterstützung notwendig ist. Die Regeleinrichtung er­ zeugt dann ein Steuersignal für den Fördervolumen-Verstell­ mechanismus, sodaß durch die Regulierung der von der Ver­ stellpumpe geförderten Hydraulikölmenge das Servolenk-Sy­ stem nur mit der berechneten Hydraulikölmenge versorgt wird. Mit anderen Worten wird die Verstellpumpe derart ge­ regelt, daß das Servolenk-System zum geeigneten Zeitpunkt mit der notwendigen Hydraulikölmenge versorgt wird. Durch die Erfindung wird nicht nur die Förderung der von der Drehzahl des Motors (bzw. der Pumpe) abhängigen Hydrau­ liköl-Überschußmenge verhindert, sondern auch die nutzlose Kreislaufführung von Hydrauliköl, wenn die Servolenkung nicht betätigt wird. Dadurch werden die Leistungsverluste und der Treibstoffverbrauch verringert. Da durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen einem Anstieg der Hydrau­ liköltemperatur sehr wirkungsvoll vorgebeugt werden kann, wird eine thermische Schädigung der Dichtelemente ver­ hindert und es kann über lange Zeit eine gleichbleibende Wirkweise der Hydraulikeinrichtung aufrecht erhalten werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Schaltschema einer bekannten Hydraulikeinrich­ tung eines Gabelstaplers;

Fig. 2 die Abhängigkeit des Fördervolumens von der Pum­ pendrehzahl einer herkömmlichen Pumpe;

Fig. 3 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Hydrau­ likeinrichtung für einen Gabelstapler;

Fig. 4 die Beziehung zwischen dem Fahrzustand eines Gabel­ staplers und der Ausgangsspannung eines Drehmoment­ sensors;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Fördervolumen- Verstelleinrichtung und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Steuerlogik einer Regeleinrichtung.

In den Figuren, insbesondere in Fig. 3, ist eine erfindungs­ gemäße Hydraulikeinrichtung für ein halbintegriertes Servo­ lenk-System eines Gabelstaplers gezeigt. Diese Hydraulik­ einrichtung hat eine Hydraulikpumpe 30 mit verstellbarem Förderstrom (Verstellpumpe), die von einem Motor 32 ange­ trieben ist. Die Hydraulikpumpe 30 ist bevorzugterweise eine an sich bekannte Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe. Das gesamte von der Hydraulikpumpe 30 geförderte Hydrauliköl wird über eine Versorgungsleitung 36 einem Servolenk-System 34 zugeführt. Dieses hat in bekannter Weise ein nicht ge­ zeigtes Regelventil, das über ein Lenkrad 38 und einen ebenfalls nicht gezeigten Arbeitszylinder zwischen seinen Schaltpositionen bewegt werden kann. Mit dem Bezugszeichen 40 ist eine Hydrauliköl-Rücklaufleitung bezeichnet, mit der Hydrauliköl vom Servolenk-System 34 zu einem Öltank 42 zu­ rückgeführt wird.

An einer Lenkwelle 44 ist ein Drehmomentsensor 46 als De­ tektor zur Aufnahme einer Lenkkraft befestigt. Mit Hilfe des mit dem Drehmomentsensor erfaßten Lenkraddrehmoments können die beispielsweise bei der Geradeausfahrt auftretenden vernachlässigbaren Einwirkungen auf das Lenkrad 38 exakt von einer Bedienung des Lenkrads zum Zweck einer Richtungs­ änderung unterschieden werden.

In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen dem Fahrzustand eines Gabelstaplers und der Ausgangsspannung des Drehmomentsen­ sors 46 gezeigt. Der Bereich I kennzeichnet den Zustand, in dem die Hände das Lenkrad 38 loslassen, der Bereich II kennzeichnet denjenigen Zustand, in dem während der Gerade­ ausfahrt vernachlässigbare Einwirkungen auf das Lenkrad stattfinden und der Bereich III kennzeichnet den Lenkzu­ stand bei einer Richtungsänderung. Ein Verfahren, um zwi­ schen den obigen Lenkzuständen zu unterscheiden, könnte die Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Lenkrads 38 sein. Es hat sich aber gezeigt, daß mit einem derartigen Verfahren nicht zwischen vernachlässigbaren Lenkkorrekturen und Rich­ tungsänderungen unterschieden werden kann. Im Gegensatz dazu, können beide Zustände eindeutig unterschieden werden, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert C dazu verwendet wird, um mit Hilfe eines Drehmomentsensors zu entscheiden, ob eine Richtungsänderung vorliegt oder nicht.

Mit dem Bezugszeichen 48 ist ein Drehzahlmesser 48 gekenn­ zeichnet, mit dem die Drehzahl des Motors 32 bzw. der Pumpe 30 erfaßt werden kann. Der Drehzahlmesser 48 ist gemeinsam mit dem Drehmomentsensor 46 an die Eingabeeinheit einer Re­ geleinrichtung 50, bspw. einen Mikrocomputer angeschlossen. Die Ausgabeeinheit der Regeleinrichtung 50 ist über einen Pumpen-Regelverstärker 54 mit dem Fördervolumen-Verstellme­ chanismus 52 der Hydraulikpumpe 30 verbunden. Die Regelein­ richtung 50 gibt in Abhängigkeit von den Erfassungssignalen des Drehmomentsensors 46 und des Drehzahlmessers 48 ein Steuersignal an den Förderstrom-Verstellmechanismus 52 ab, wodurch der Neigungswinkel R der Taumelscheibe der Hydrau­ likpumpe 30 eingestellt wird.

In Fig. 5 ist der Förderstrom-Verstellmechanismus 52 schema­ tisch dargestellt. Dieser hat einen Stellzylinder 56, der nahe an einer Seite der Taumelscheibe 58 der Hydraulikpumpe 30 angeordnet ist und dessen Kolbenstange 60 schwenkbar mit dem benachbarten Endabschnitt der Taumelscheibe 58 verbun­ den ist. Wenn der Steuerdruck der Druckseite der Hydraulik­ pumpe 30 an den Stellzylinder angelegt wird, wird die Kol­ benstange 60 ausgefahren, um den Neigungswinkel R der Tau­ melscheibe 58 zu verändern. Der am Stellzylinder 56 anzule­ gende Steuerdruck wird über ein Magnet-Schaltventil 62 ge­ regelt, das in einer Steuerleitung 64 angeordnet ist und dessen Schaltstellungen durch ein Steuersignal des Regel­ verstärkers 54 angesteuert werden. Mit 66 ist eine Rückhol­ feder bezeichnet, die mit der anderen Seite der Taumel­ scheibe 58 verbunden ist, um diese in ihre Ausgangsstellung zurückzubewegen. Die Rückholfeder 66 kann über eine Dämp­ fungssteuerleitung 68 mit dem Steuerdruck beaufschlagt werden.

Fig. 6 zeigt die Steuerlogik der Regeleinrichtung 50. Diese vergleicht normalerweise das Lenkraddrehmoment-Eingangssi­ gnal vom Drehmomentsensor 46 mit einem Schwellenwert und bewertet es als eine beabsichtigte Lenkbewegung, wenn das Lenkraddrehmoment den Schwellenwert überschreitet. Die Re­ geleinrichtung 50 berechnet dann die pro Pumpenumdrehung zu fördernde Hydraulikölmenge in Abhängigkeit von der für den Servolenkbetrieb notwendigen Ölmenge gemäß dem vom Tachome­ ter 48 zu diesem Zeitpunkt abgegebenen Drehzahl-Eingangssi­ gnal des Motors 32 (bzw. der Hydraulikpumpe 30) und sie gibt ein entsprechendes Steuersignal über den Regelverstär­ ker an den Förderstrom-Verstellmechanismus 52 ab. Dadurch wird der Neigungswinkel R der Taumelscheibe 58 der Hydrau­ likpumpe 30 eingestellt und nur die notwendige Hydrauliköl­ menge an das Servolenk-System abgegeben. Natürlich wird der Neigungswinkel R der Taumelscheibe 58 zu null, wenn der Ga­ belstapler in die Geradeausfahrt zurückkehrt, in der keine Servolenk-Unterstützung benötigt wird. Dabei wird kein Öl von der Hydraulikpumpe 30 gefördert und dessen unnütze Kreislaufführung kann vollständig beseitigt werden.

Es sei angemerkt, daß bei dem Förderstrom-Verstellmechanis­ mus 52 anstelle des Stellzylinders 56 zur Bewegung der Tau­ melscheibe 58 auch ein Schrittmotor (nicht gezeigt) verwen­ det werden kann. Dieser ist in diesem Fall derart angeord­ net, daß damit der Neigungswinkel R der Taumelscheibe 58 eingestellt werden kann und er wird in Abhängigkeit von dem Steuersignal der Regeleinrichtung 50 angesteuert.

Die Verstellpumpe ist nicht auf die vorstehend beschriebene Taumelscheiben-Axialkolbenpumpe 30 beschränkt, sondern es können auch andere Pumpentypen, wie bspw. eine Schrägach­ senpumpe verwendet werden.

Obwohl die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels beschrieben wurde, liegt es auf der Hand, daß zahlreiche Abwandlungen in Form, Lage, Zahl und Größe mög­ lich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Servolenk-Systeme von Nutzfahrzeugen wie bspw. von einem Gabelstapler benötigen nur während einer Richtungsänderung eine vorbestimmte Menge von Hydrauliköl. Bei der erfin­ dungsgemäßen Hydraulikeinrichtung wird der erfaßte Wert der Lenkkraft mit einem vorhandenen Schwellenwert verglichen, um zu beurteilen, ob eine Richtungsänderung eingeleitet wird. Die pro Pumpenumdrehung geförderte Hydraulikölmenge wird aus der Pumpendrehzahl pro Minute ermittelt, wobei die von der Verstellpumpe 30 geförderte Hydraulikölmenge ein­ stellbar ist. Auf diese Weise wird nur die für die Servo- Unterstützung notwendige Hydraulikölmenge von der Verstell­ pumpe 30 geliefert.

Claims (5)

1. Hydraulikeinrichtung für Nutzfahrzeuge mit einer Hydrau­ likpumpe mit variabler Verdrängung, d. h. einer Verstell­ pumpe, die mit einem Servolenk-System verbunden ist, ge­ kennzeichnet durch einen ersten Detektor (46) zur Erfassung einer Lenkkraft, einen zweiten Detektor (48) zur Erfassung der Pumpendrehzahl pro Minute, eine Regeleinrichtung (50) in die die sowohl vom ersten, als auch vom zweiten Detektor (46; 48) erfaßten Signale eingebbar sind, um die pro Pum­ penumdrehung zu fördernde Hydraulikölmenge zu berechnen, die für eine Servolenk-Unterstützung notwendig ist, wenn der erfaßte Wert der Lenkkraft einen vorbestimmten Schwel­ lenwert überschreitet und mittels der ein Steuersignal ab­ gebbar ist, das dem berechneten Wert entspricht und durch einen Fördervolumen-Verstellmechanismus (52), mit dem die von der Hydraulikpumpe 30 geförderte Hydraulikölmenge gemäß dem Steuersignal der Regeleinrichtung (50) einstellbar ist.

2. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Detektor zur Erfassung des Lenkraddrehmoments ein Drehmomentsensor (46) ist.

3. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe eine Taumel­ scheiben-Axialkolbenpumpe (30) ist.

4.Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fördervolumen-Verstellmechanismus (52) einen mit der Taumelscheibe (58) verbundenen Steuer- oder Stellzylinder (56) hat, deren Neigungswinkel (R) ein­ stellbar ist, indem der an der Druckseite der Hydraulik­ pumpe 30 herrschende Steuerdruck an den Stellzylinder (56) anlegbar ist.

5. Hydraulikeinrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Fördervolumen-Verstellmechanismus (52) einen Schrittmotor hat, der mit der Taumelscheibe (58) der Hydraulikpumpe 30 verbunden ist.