DE102006010697A1

DE102006010697A1 - Hydraulische Lenkung

Info

Publication number: DE102006010697A1
Application number: DE102006010697A
Authority: DE
Inventors: Svend E. Thomsen; Tom Rudolph; Poul Ennemark
Original assignee: Sauer Danfoss ApS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: US20070221436A1; US7789190B2; US8534416B2; US20100320024A1; DE102006010697B4

Abstract

Es wird eine hydraulische Lenkung (1) angegeben mit einer Lenkeinheit (2) mit Rückwirkungsverhalten, einem Lenkmotor (8), der über Arbeitsleitungen (L, R) mit der Lenkeinheit (2) verbunden ist, einem Lenkgeber (6) und einer Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung (9), die in mindestens einer Arbeitsleitung (L, R) angeordnet ist. Man möchte das Rückwirkungsverhalten einer derartigen Lenkung auf einfache Art verändern können. Hierzu ist vorgesehen, daß die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung (9) eine Ventileinrichtung (10) mit hydraulischem Steuereingang (C) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkung mit einer Lenkeinheit mit Rückwirkungsverhalten, einem Lenkmotor, der über Arbeitsleitungen mit der Lenkeinheit verbunden ist, einem Lenkgeber und einer Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung, die in mindestens einer Arbeitsleitung angeordnet ist.

Eine derartige Lenkung ist beispielsweise aus DE 10 2004 021 531 A1 bekannt.

Eine derartige hydraulische Lenkung wird vorzugsweise bei Traktoren oder anderen selbstfahrenden Arbeitsmaschinen eingesetzt, die in unterschiedlichen Umgebungen fahren sollen. Ein Traktor soll beispielsweise auf einer öffentlichen Straße zu einem Feld fahren können. Seine eigentliche Arbeit verrichtet er dann, wenn er auf dem Feld fährt. Bei der Fahrt auf der Straße möchte man ein Lenkverhalten haben, das dem eines normalen Kraftfahrzeugs entspricht. Der Fahrer soll also eine Rückwirkung der gelenkten Räder auf das Lenkhandrad spüren können. Hierzu ist es erforderlich, daß die Lenkeinheit ein Rückwirkungsverhalten zeigt. Eine derartige Lenkeinheit hat dann auch den Vorteil, daß eine "Selbstaufrichtung" des Fahrzeuges erfolgen kann, d.h. die gelenkten Räder können sich sozusagen von selbst in die Geradeausstellung bewegen, was dem Fahrer über die Drehung des Lenkhandrades angezeigt wird. Bei einer Fahrt auf dem Feld möchte man in vielen Fällen ein derartiges Rückwirkungsverhalten nicht haben. Der Fahrer müßte sonst andauernd mit einer gewissen Kraft am Lenkhandrad oder einem anderen Lenkgeber angreifen.

Bei der aus DE 10 2004 021 531 A1 bekannten Lenkung weist die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung ein Ventil auf, das in einer Arbeitsleitung zwischen der Lenkeinheit und dem Lenkmotor angeordnet ist. Dieses Ventil ist elektrisch betätigt und öffnet, wenn das Lenkhandrad betätigt wird. Zum Betätigen dieses Ventils ist daher ein gewisser Aufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Rückwirkungsverhalten einer hydraulischen Lenkung auf einfache Weise zu verändern.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Lenkung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung eine Ventileinrichtung mit hydraulischem Steuereingang aufweist.

Die Ventileinrichtung, die einen wesentlichen Bestandteil der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung bildet, wird also rein hydraulisch betätigt. Man benötigt also kein zusätzliches elektrisches System mehr, um das Rückwirkungsverhalten der Lenkeinheit zu verändern. Hydraulikflüssigkeit unter dem notwendigen Druck steht in einer hydraulischen Lenkung ohnehin zur Verfügung, so daß man mit relativ wenigen Zusatzmaßnahmen auskommt, um die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung entweder in Betrieb zu setzen oder außer Betrieb zu nehmen. Wenn die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung außer Betrieb ist, dann spürt der Fahrer am Lenkgeber Kräfte, die auf den Lenkmotor wirken. Wenn die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung in Betrieb ist, dann spürt der Fahrer die Auswirkung derartiger Kräfte nicht.

Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung auch durch Druck von der Lenkeinheit aufsteuerbar. Bei dieser Ausgestaltung sorgt man dafür, daß die Lenkeinheit auch dann den Lenkmotor immer beeinflussen kann, wenn die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung aktiv ist. Die Lenkeinheit hat also eine höhere Priorität als die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung, so daß man nicht erst die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung abschalten oder außer Betrieb nehmen muß, um ein Lenken zu ermöglichen.

Bevorzugterweise ist der Steuereingang mit einem Betriebsartventil verbunden, das den Steuereingang in Abhängigkeit von seiner Betätigung mit einem höheren oder einem niedrigeren Steuerdruck versorgt. Man kann das Betriebsartventil einfach als Umschaltventil ausbilden, das in einer Stellung einen höheren Steuerdruck an den Steuerdruckeingang abgibt. In Abhängigkeit vom Aufbau der Ventileinrichtung führt dies dann beispielsweise dazu, daß die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung in Betrieb genommen oder aktiviert wird. Wird hingegen das Betriebsartventil so geschaltet, daß der Steuereingang der Ventileinrichtung mit einem niedrigeren Steuerdruck versorgt wird; dann wird die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung außer Betrieb genommen. Natürlich ist auch eine umgekehrte Beschaltung möglich.

Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung eine Vorspanneinrichtung auf, die entgegen dem Druck am Steuereingang wirkt. Damit stellt man sicher, daß die Ventileinrichtung und damit die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung immer einen definierten Zustand einnimmt. In Abhängigkeit von der Wirkung des Steuerdrucks am Steuereingang führt dies dazu, daß die Vorspanneinrichtung die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung entweder aktiviert oder passiviert.

Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung für jede Arbeitsleitung ein Ventil auf, das in einem vorbestimmten Zustand die Arbeitsleitung unterbricht. Wenn die Arbeitsleitung unterbrochen ist, dann ist eine Rückwirkung vom Lenkmotor auf die Lenkeinheit nicht mehr möglich. Wenn die Ventile geöffnet sind, dann ergibt sich das gewünschte Rückwirkungsverhalten. Die Verwendung eines Ventils in jeder Arbeitsleitung hat den Vorteil, daß das Lenkverhalten und auch das Rückwirkungsverhalten "symmetrisch" wirkt, denn die Längen der Hydraulikleitungen, die bei einer Druckbeaufschlagung ihr Volumen verändern könnten, entsprechen einander, wenn in jeder Arbeitsleitung ein entsprechendes Ventil angeordnet ist.

Vorzugsweise ist zwischen den beiden Arbeitsleitungen eine Reihenschaltung aus zwei Wechselventilen angeordnet, deren Verbindungspunkt mit dem Steuereingang verbunden ist, wobei die Wechselventile jeweils einen Ausgang aufweisen, der mit dem Ventil in der jeweils nicht an dem Wechselventil angeschlossenen Arbeitsleitung verbunden ist. Dies ist eine relativ einfache Ausgestaltung, um den jeweils höheren Druck in einer Arbeitsleitung zum Aufsteuern des Ventils in der anderen Arbeitsleitung zu verwenden, solange der Druck in der Arbeitsleitung höher ist als der Druck am Steuereingang. Wenn dies nicht der Fall ist, dann erfolgt die Beeinflussung der Ventile über den Druck am Steuereingang.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß jedem Ventil ein Druckentlastungsventil zugeordnet ist, das sowohl vom Druck am Steuereingang als auch vom Druck in der jeweils anderen Arbeitsleitung aufsteuerbar ist und im aufgesteuerten Zustand eine Schließdruckseite des Ventils mit der zugehörigen Arbeitsleitung verbindet. Solange das Druckentlastungsventil geschlossen ist, kann sich das geschlossene Ventil nicht öffnen, weil der Druck auf der Schließdruckseite nicht abgebaut werden kann. Dies ist erst dann möglich, wenn das Druckentlastungsventil öffnet. In diesem Fall reicht einerseits der Druck am Steuereingang aus, um das Ventil zu öffnen, so daß eine Lenkung mit Rückwirkungsverhalten möglich ist. Andererseits kann der Öffnungsdruck auch durch die vom Motor zurückfließende Hydraulikflüssigkeit erzeugt werden.

Vorzugsweise ist ein hilfskraftbetätigtes Lenkventil parallel zur Lenkeinheit angeordnet, wobei das Lenkventil mit den Arbeitsleitungen in einem Bereich zwischen der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung und dem Lenkmotor verbunden ist. Man kann dann das Fahrzeug nicht nur über die Lenkeinheit steuern, sondern auch über das Lenkventil. Das Lenkventil kann beispielsweise als Proportionalventil ausgebildet sein. Wenn der Lenkmotor über das Lenkventil gesteuert wird, ist die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung besonders vorteilhaft, weil damit eine Bewegung des Lenkgebers unterbunden werden kann, die auf die Betätigung des Lenkmotors durch das Lenkventil zurückzuführen ist.

Vorzugsweise ist das Betriebsartventil mit einem Druckregelventil in Reihe angeordnet. Das Druckregelventil sorgt dafür, daß das Betriebsartventil immer einen vorbestimmten Druck an den Steuereingang weiterleitet. Damit ist auf einfache Weise dafür gesorgt, daß der Steuereingang weder überlastet werden kann, indem ein zu hoher Druck ansteht, noch daß er unterversorgt wird, weil der Druck zu niedrig ist. Wenn man das Druckregelventil zwischen einem Hochdruckanschluß und dem Betriebsartventil anordnet, kann man außerdem dafür sorgen, daß auch das Betriebsartventil nur auf einen vorbestimmten Druck hin dimensioniert werden muß.

Vorzugsweise weist die Lenkeinheit einen Lastfühlanschluß auf, dessen Druck die Ventileinrichtung entgegen dem Druck am Steuereingang beeinflußt. Mit Hilfe des Drucks am Lastfühlanschluß läßt sich also die Wirkung des Drucks am Steuereingang wieder aufheben. Sobald der Fahrer den Lenkgeber, beispielsweise das Lenkhandrad, betätigt und damit die Lenkeinheit in Betrieb nimmt, entsteht am Lastfühlanschluß ein höherer Druck, der üblicherweise dem höchsten an der Lenkeinheit vorkommenden Druck entspricht. Dieser Druck ist auf einfache Weise in der Lage, den Druck am Steuereingang direkt oder indirekt zu übersteuern.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Lastfühlanschluß mit einem Hilfsventil verbunden ist, das zwischen einer Vorsteuerleitung und einem Anschluß mit höherem Druck angeordnet ist. Der Anschluß mit höherem Druck kann der Versorgungsanschluß oder Hochdruckanschluß der Lenkeinheit sein. In diesem Fall wird durch die Betätigung der Ventileinrichtung keine größere Menge an Hydraulikflüssigkeit "verbraucht". Ein derartiger Verbrauch könnte zu einem "harten Punkt" bei der Lenkung führen. Wenn der Druck am Lastfühlanschluß das Hilfsventil beaufschlagt, dann benötigt man nur eine geringe Menge an Hydraulikflüssigkeit, um das Hilfsventil auszulenken oder seine Stellung zu verändern. Diese geringe Menge ist für den Fahrer oder Bediener praktisch nicht merkbar. Das Hilfsventil hat den weiteren Vorteil, daß der Druck am Lastfühlanschluß in der Neutralstellung nicht genau auf den niedrigsten Druck oder Tankdruck eingestellt werden muß, wenn das Hilfsventil eine Feder oder andere Rückstelleinrichtung aufweist, die entgegen dem Druck am Lastfühlanschluß wirkt. Der Druck am Lastfühlanschluß muß dann auf jeden Fall erst einmal die Kraft der Rückstelleinrichtung überwinden, bevor das Hilfsventil geöffnet wird.

Bevorzugterweise weist die Lenkeinheit einen Arbeitsdruckanschluß auf, der in Neutralstellung der Lenkeinheit zu einem Niederdruckanschluß entlastet ist und bei einer vorbestimmten Auslenkung der Lenkeinheit den in der ausgesteuerten Arbeitsleitung herrschenden Druck führt, wobei ein Druck am Arbeitsdruckanschluß die Ventileinrichtung entgegen dem Druck am Steuereingang beeinflußt. Der Druck am Arbeitsdruckanschluß wird auch als "S-Druck" oder "S-Signal" bezeichnet. Eine Lenkeinheit mit einem derartigen Arbeitsdruckanschluß ist unter der Bezeichnung OSP-EL von der Sauer-Danfoss ApS, Nordborg, Dänemark, erhältlich. Dieses S-Signal ist so beschaffen, daß es in der Neutralstellung und in einem kleinen Band um die Neutralstellung herum zum Tank oder einem anderen Bereich mit niedrigem Druck entlastet ist. Bei der Auslenkung nach links oder nach rechts erhält das S-Signal immer den Druck, der an der Ausgangsseite des Zahnsatzes der Lenkeinheit ansteht, also praktisch den Druck, der in der "linken" oder "rechten" Arbeitsleitung ansteht. Dadurch wird ein harter Punkt in der Lenkung vermieden, da keine Hydraulikflüssigkeit vom Lastfühlanschluß abgenommen wird. Darüber hinaus gibt es einen klar definierten "Nichtrückwirkungs-Zustand", da das S-Signal in der Neutralstellung effektiv auf den Tankdruck eingestellt ist. Darüber hinaus bietet das Konzept einen Vorteil in der Notlenksituation, wo man mit dem aufgebauten Druck auf einer der beiden Arbeitsleitungen eine zusätzliche Sicherheit für die Zwangsöffnung der Ventileinheit bekommt.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Lenkeinheit als "open-center"-Lenkeinheit ausgebildet ist und einen Druckanschluß aufweist, der mit einem Gegensteueranschluß verbunden ist, dessen Druck entgegen dem Druck am Steuereingang auf die Ventileinrichtung wirkt. Dabei macht man sich das Verhalten einer "open-center"-Lenkeinheit zunutze. Diese Lenkeinheit weist in der Neutralstellung eine Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Niederdruckanschluß auf, so daß in der Neutralstellung dieser Lenkeinheit am Hochdruckanschluß im Grunde der gleiche Druck wie am Niederdruckanschluß ansteht. Dieser Druck reicht nicht aus, um die Ventileinrichtung aufzusteuern. Erst dann, wenn die Lenkeinheit betätigt wird, wird die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluß und dem Niederdruckanschluß unterbrochen, so daß sich dann sehr schnell der erforderliche Druck aufbaut, um die Ventileinrichtung in einen "Rückwirkungsmodus" zu schalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer hydraulischen Lenkung mit Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung,
2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung,
3 eine dritte Ausführungsform der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung,
4 eine vierte Ausführungsform der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung,
5 eine fünfte Ausführungsform der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung,
6 eine zweite Ausführungsform einer Lenkung,
7 eine dritte Ausführungsform einer Lenkung,
8 eine vierte Ausführungsform einer Lenkung,
9 eine Abwandlung der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung nach 8,
10 eine zweite Abwandlung der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung nach 8,
11 eine fünfte Ausführungsform einer Lenkung,
12 eine sechste Ausführungsform einer Lenkung,
13 eine siebte Ausführungsform einer Lenkung,
14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des S-Signals und
15 eine achte Ausführungsform einer Lenkung.
1 zeigt eine Lenkung 1 in schematischer Darstellung mit einer Lenkeinheit 2, die hier als "closed-center"-Lenkeinheit ausgebildet ist. Bei einer closed-center-Lenkeinheit ist in der Neutralstellung eine Verbindung zwischen einem Hochdruckanschluß P und einem Niederdruckanschluß T unterbrochen.
Der Hochdruckanschluß P steht über ein Prioritätsventil 3 mit einer Pumpe 4 in Verbindung, wobei die Pumpe 4 hier als Verstellpumpe ausgebildet ist.
Die Lenkeinheit 2 weist ferner den Niederdruckanschluß T auf, der mit einem Tank 5 verbunden ist.
Die Lenkeinheit 2 wird durch einen als Lenkhandrad 6 ausgebildeten Lenkgeber betätigt. Sie weist in an sich bekannter Weise einen Zahnsatz 7 auf, der beispielsweise ein außenverzahntes Zahnrad und einen innenverzahnten Zahnring aufweist und als Meßmotor dient. Mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Richtungsventils kann Hydraulikflüssigkeit unter Druck zu einer von zwei Arbeitsleitungen L, R gefördert werden. Die Arbeitsleitungen L, R sind mit einem Lenkmotor 8 verbunden, der hier als doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet ist.
Zwischen der Lenkeinheit 2 und dem Lenkmotor 8 ist eine Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung 9 angeordnet. Die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung 9 weist eine Ventileinrichtung 10 auf, die bei der Ausführungsform nach 1 mit einem aufsteuerbaren Rückschlagventil 11, 12 in jeder Arbeitsleitung L, R versehen ist.
Die Arbeitsleitung L ist über eine Vorsteuerleitung 13 mit dem Rückschlagventil 12 in der anderen Arbeitsleitung R verbunden. Die Arbeitsleitung R ist über eine Vorsteuerleitung 14 mit dem Rückschlagventil 11 in der anderen Arbeitsleitung L verbunden. Der Druck in den Vorsteuerleitungen 13, 14 steuert die Rückschlagventile 11, 12 auf, so daß sie in einer Richtung vom Lenkmotor 8 zur Lenkeinheit 2 durchströmt werden können.
Darüber hinaus sind beide Rückschlagventile 11, 12 mit einem Steuereingang C verbunden, so daß ein am Steuereingang C anliegender Druck die beiden Rückschlagventile 11, 12 aufsteuern kann.
Der Steuereingang C ist verbunden mit einem Betriebsartventil 15, das den Steuereingang C entweder mit dem Tank 5 oder mit einem Referenzdruck P_ref verbindet. In der dargestellten Position des Betriebsartventils 15 ist der Steuereingang C zum Tank 5 hin entlastet. Das Betriebsartventil 15 kann mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder auf sonstige Weise betätigt werden.
Mit einer derartigen Lenkung 1, bei der die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung 9 die Ventileinrichtung 10 und das Betriebsartventil 15 aufweist, ist es möglich, entweder einen rückwirkungsfreien Betrieb oder einen rückwirkungsbehafteten Betrieb einzustellen.
In der dargestellten Stellung des Betriebsartventils 15 wird die Lenkung 1 rückwirkungsfrei betrieben. Die beiden Rückschlagventile 11, 12 sind geschlossen, so daß aus dem Lenkmotor 8 keine Hydraulikflüssigkeit über die Anschlüsse A, B in die Ventileinrichtung 10 fließen kann. Dementsprechend ergibt sich auch keine Rückwirkung auf die Lenkeinheit 2.
Wird hingegen die Lenkeinheit 2 betätigt, beispielsweise um den Lenkmotor 8 nach links auszulenken, dann wird die Arbeitsleitung L von der Lenkeinheit 2 unter Druck gesetzt. Der Druck in der Arbeitsleitung L steuert das in der Arbeitsleitung L befindliche Rückschlagventil 11 unmittelbar auf, so daß Hydraulikflüssigkeit zur linken Arbeitskammer des Lenkmotors 8 fließen kann. Die aus der rechten Arbeitskammer des Lenkmotors 8 verdrängte Flüssigkeit wird dann zum Anschluß B der Ventileinrichtung 10 verdrängt. Dort kann sie abfließen, weil über die Vorsteuerleitung 13 das Rückschlagventil 12 in der Arbeitsleitung R aufgesteuert worden ist.
Sobald der Druck aus der Lenkeinheit 2 nachläßt, schließen beide Rückschlagventile 11, 12 und die Lenkeinheit 2 ist vom Lenkmotor 8 abgetrennt.
Wenn hingegen das Betriebsartventil 15 in die andere Position bewegt wird, dann wird der Steuereingang C mit einem Referenzdruck P_ref beaufschlagt, der die beiden Rückschlagventile 11, 12 öffnet. In diesem Fall wird die Hydraulikflüssigkeit, die vom Lenkmotor 8 verdrängt wird, direkt in die Lenkeinheit 2 eingespeist und führt dort zu einer Reaktion, die man in der Regel auch am Lenkhandrad 6 feststellen kann.
Die Lenkeinheit 2 weist auch noch einen Lastfühlanschluß LS auf, der einerseits mit dem Prioritätsventil 3 und andererseits mit der Pumpe 4 verbunden ist. Das Prioritätsventil 3 ist über eine Zweigleitung 16 mit einem nicht näher dargestellten weiteren hydraulischen Verbraucher verbunden, der seinen Arbeitsdruck über ein Wechselventil 17 ebenfalls an die Pumpe 4 meldet.
Die Lenkung 1 arbeitet ausschließlich mit hydraulischen Signalen. Die Ventileinrichtung 10 der Rückwirkungsun terdrückungseinrichtung 9 wird durch Betätigung des Betriebsartventils 15 so eingestellt, daß eine Rückwirkung des Lenkmotors auf die Lenkeinheit 2 möglich ist oder eben nicht.
2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der gleiche und einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen sind.
Zwischen den beiden Arbeitsleitungen L, R sind zwei Wechselventile 18, 19 in Reihe geschaltet. Ein Verbindungspunkt 20 zwischen den beiden Wechselventilen 18, 19 ist mit dem Steuereingang C verbunden. Das Wechselventil 18, das mit der Arbeitsleitung L verbunden ist, weist einen Ausgang auf, der über die Vorsteuerleitung 13 mit dem Rückschlagventil 12 verbunden ist, das in der anderen Arbeitsleitung R angeordnet ist. In ähnlicher Weise weist das Wechselventil 19, das mit der anderen Arbeitsleitung R verbunden ist, einen Ausgang auf, der über die Vorsteuerleitung 14 mit dem Rückschlagventil 11. in der ersten Arbeitsleitung L verbunden ist.
Die Funktionsweise ist ähnlich wie in 1. Wenn beispielsweise die Arbeitsleitung L durch die Lenkeinheit 2 unter Druck gesetzt wird, dann wird das Rückschlagventil 11 durch den Druck in der Arbeitsleitung unmittelbar auf gesteuert. Das Rückschlagventil 12 in der anderen Arbeitsleitung wird aufgesteuert, weil der Druck in der Arbeitsleitung L über das Wechselventil 18 und die Vorsteuerleitung 13 so zum Rückschlagventil 12 geführt wird, daß das Rückschlagventil 12 öffnet. In diesem Fall ist der Steuereingang C auf einem niedrigen Druck, d.h. das Betriebsartventil 15 ist in der in 1 dargestellten Position.
Wird hingegen der Steuereingang C mit Hilfe des Betriebsartventils 15 auf einen höheren Druck gebracht; dann schalten die beiden Wechselventile 18, 19 um und leiten den Druck vom Steuereingang C unmittelbar zum Öffnen der beiden Rückschlagventile 11, 12 weiter.
3 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Rückschlagventile 11, 12 nun in Schieber 21, 22 von Schieberventilen hineinverlegt worden sind. Die Schieber 21, 22 werden durch Federn 23, 24 in die dargestellte Position gedrückt, solange der Druck am Steuereingang C niedriger ist als ein Druck, der der Kraft der Federn 23, 24 entspricht. In diesem Fall arbeitet die Ventileinrichtung 10 nach 3 genauso wie die Ventileinrichtung 10 nach 2. Die Rückschlagventile 11, 12 verhindern in geschlossenem Zustand, daß Hydraulikflüssigkeit vom Lenkmotor 8 zur Lenkeinheit 2 gelangen kann. Ein Betätigen des Lenkmotors 8 durch die Lenkeinheit 2 ist hingegen möglich.
Wenn das Betriebsartventil 15 aus der in 1 dargestellten Position umgeschaltet wird, dann werden die beiden Schieber 21, 22 in die nicht dargestellte Position verschoben und zwar gegen die Kraft der Federn 23, 24, so daß ein Durchgang durch die Arbeitsleitungen L, R vom Lenkmotor 8 zur Lenkeinheit 2 möglich ist. In die gleiche Richtung wie der Druck vom Steuereingang C wirken auch die Drücke an den Anschlüssen A, B der Ventileinrichtung 10, um die Ventile in den Arbeitsleitungen L, R zu öffnen.
Die Ventile 11, 12 weisen eine Entlüftung der Federkammern, in denen die Federn 23, 24 angeordnet sind, zur Umgebung auf. Dies hat den Vorteil, daß diese Ventile 11, 12 gleichzeitig als Schockventile wirken, so daß die Ventile, die sich in einer nachfolgenden Lenkeinheit befinden, weiterhin verwendet werden können.
Die Ausgestaltung der Ventileinrichtung 10 in 4 entspricht der aus 3. Lediglich die Verbindung zwischen den Anschlüssen A, B und den Schiebern 21, 22 fehlt.
Bei der Ausgestaltung der Ventileinrichtung nach 5 belasten die beiden Federn 23, 24 die Schieber 21, 22 so, daß die beiden Arbeitsleitungen L, R durchgängig sind, wenn sich das Betriebsartventil 15 in der in 1 dargestellten Position befindet und dementsprechend der Steuereingang C druckentlastet ist.
Bei den Ausgestaltungen nach den 1 bis 4 ist ein rückwirkungsfreier Betrieb eingestellt, wenn am Steuereingang C kein Druck oder nur ein niedriger Druck anliegt.
Bei der Ausgestaltung der 5 ist hingegen ein rückwirkungsbehafteter Betrieb eingestellt, wenn am Steuereingang C kein oder nur ein niedriger Druck anliegt.
Wenn am Steuereingang C ein höherer Druck anliegt, also ein Druck, der die Kraft der Federn 23, 24 übersteigt, dann werden die Schieber 21, 22 so verschoben, daß sich die Rückschlagventile 11, 12 in den Arbeitsleitungen L, R befinden. In diesem Fall ist eine Rückwirkung des Lenkmotors 8 auf die Lenkeinheit 2 nicht mehr möglich.
Ein Lenken durch die Lenkeinheit 2 ist hingegen möglich. Wenn beispielsweise die Arbeitsleitung L unter Druck gesetzt wird, dann öffnet das Rückschlagventil 11 und der Schieber 22 wird durch den in der Vorsteuerleitung 13 herrschenden Druck in die in 5 dargestellte Position gefahren, so daß Hydraulikflüssigkeit aus dem Lenkmotor 8 abfließen kann.
Während bei den Ausgestaltungen nach den 1 bis 5 die Ventileinrichtung 10 so ausgebildet ist, daß sie für jede Arbeitsleitung L, R ein Ventil aufweist, ist dies bei der Ausgestaltung nach 6 nicht der Fall. Dort weist die Ventileinrichtung 10 nur ein einzelnes Ventil mit einem Ventilschieber 22 auf, der durch die Feder 24 in Öffnungsstellung gedrückt wird, wenn der Druck am Steuereingang C zum Tank 5 hin entlastet wird. Wenn das Betriebsartventil 15 hingegen umgeschaltet wird, dann wird der Steuereingang mit dem Referenzdruck P_ref versorgt, so daß der Schieber 22 in die Schließstellung gebracht wird und die Arbeitsleitung R unterbricht.
Es ist günstig, wenn dieses Ventil so dicht wie möglich an der Lenkeinheit 2 angeordnet wird.
Die Lenkeinheit 2 ist bei der Ausgestaltung nach 6 als "open-center"-Lenkeinheit ausgebildet, d.h. in der Neutralstellung weist die Lenkeinheit 2 eine Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem Tankanschluß T auf. Der Druckanschluß P ist über einen Gegensteueran schluß 31 mit dem Schieber 22 verbunden, so daß der Druck in dem Gegensteueranschluß 31 in die gleiche Richtung wirkt, wie die Kraft der Feder 24.
Die Kraft der Feder 24 entspricht beispielsweise einem Druck von 7 bar. Auch die Federn 23, 24 in den Ausführungsbeispielen der 3 bis 5 können einem Druck von 7 bar entsprechen. Der Referenzdruck P_ref liegt beispielsweise bei 13 bar, so daß der Schieber 22 in die Schließposition verlagert wird, wenn das Betriebsartventil 15 in die nicht dargestellte Schaltstellung umgeschaltet wird. In diesem Fall ist eine Rückwirkung des Lenkmotors 8 auf die Lenkeinheit 2 nicht möglich.
Wenn hingegen die Lenkeinheit 2 betätigt wird, dann wird die Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem Tankanschluß T unterbrochen, so daß der Druck am Druckanschluß P sehr schnell auf den Ausgangsdruck der Pumpe 4 steigt. Dieser Ausgangsdruck übersteigt jedenfalls zusammen mit der Kraft der Feder 24 den Druck P_ref, so daß zum Lenken der Schieber 22 in die Öffnungsposition verfahren werden kann.
Bei der Ausgestaltung nach 7 wird wiederum eine "closed-center"-Lenkeinheit 2 verwendet, bei der auch in der Neutralstellung eine Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und dem Tankanschluß T nicht existiert.
Die Lenkeinheit 2 nach 7 weist einen Lastfühlanschluß LS auf, der über die Vorsteuerleitung 13 auf den Schieber 22 der Ventileinrichtung 10 wirkt und zwar in die gleiche Richtung, wie die Feder 24.
In der dargestellten Schaltstellung des Schiebers 22 ist die Arbeitsleitung R durchgängig offen. Am Steuereingang C herrscht aufgrund der Stellung des Betriebsartventils 15 der Druck am Tank 5. In diesem Fall ergibt sich ein rückwirkungsbehaftetes Lenkverhalten.
Wenn das Betriebsartventil 15 umgeschaltet wird, dann gelangt der Referenzdruck P_ref an den Steuereingang C und schaltet den Schieber 22 um, so daß die Arbeitsleitung R unterbrochen ist. In diesem Fall ist eine Rückwirkung des Lenkmotors 8 auf die Lenkeinrichtung 2 nicht möglich. Wenn hingegen die Lenkeinrichtung 2 betätigt wird, dann steigt der Druck am Lastfühlanschluß LS an und öffnet dann gemeinsam mit der Feder 24 die Arbeitsleitung R, indem der Schieber 22 in die dargestellte Position verschoben wird.
Der Referenzdruck P_ref wird in 7 mit Hilfe eines Druckregelventils 25 eingestellt, beispielsweise auf einen Wert von 13 bar. Das Druckregelventil 25 weist einen Ventilschieber 26 auf, der in Öffnungsrichtung von der Kraft einer Feder 27 und dem Druck am Tankanschluß T belastet ist. In Schließrichtung ist der Ventilschieber 26 belastet vom Druck am Ausgang des Druckregelventils 25. Der Eingang des Druckregelventils 25 steht mit dem Druckanschluß P in Verbindung.
Durch die Wahl der Kraft der Feder 27 läßt sich dann die Höhe des Referenzdrucks P_ref einstellen.
In 8 ist dargestellt, daß die Pumpe 4 als Regelpumpe ausgebildet ist, die vom Druck am Lastfühlanschluß LS geregelt wird. Natürlich ist auch hier eine Ausbildung mit einer Pumpe 4 möglich, die eine feste Verdrängung aufweist, also eine Ausbildung wie in 7.
Die Ventileinrichtung 10 weist in jeder Arbeitsleitung ein Rückschlagventil 11, 12 auf. Darüber hinaus weist die Ventileinrichtung 10 in jeder Arbeitsleitung einen parallel angeordneten Ventilschieber 21, 22 auf, der durch die Kraft der Federn 23, 24 in Öffnungsstellung (dargestellt) gedrückt wird. In diesem Fall ist ein rückwirkungsbehaftetes Lenken möglich, weil permanent eine direkte Verbindung zwischen dem Lenkmotor 8 und der Lenkeinheit 2 eingerichtet ist.
Nur dann, wenn das Betriebsartventil 15 so umgeschaltet wird, daß der Referenzdruck P_ref an den Steuereingang C gelangt, werden die Schieber 21, 22 gegen die Kraft der Federn 23, 24 verschoben, so daß die Arbeitsleitungen L, R unterbrochen sind. In diesem Fall ergibt sich keine Rückwirkung des Lenkmotors 8 auf die Lenkeinheit 2.
Die Lenkeinheit 2 kann jedoch nach wie vor den Lenkmotor 8 betätigen. In der "Hinrichtung" wird das in der jeweiligen Arbeitsleitung befindliche Rückschlagventil 11, 12 geöffnet. In der "Rückrichtung" wird der Schieber 22 durch den Druck am Lastfühlanschluß LS aufgesteuert.
Die 9 und 10 zeigen abgewandelte Ausgestaltungen der Ventileinrichtungen.
In der Ausgestaltung nach 9 sind die Rückschlagventile 11, 12 in die Schieber 21, 22 integriert.
In der Ausgestaltung nach 10 gibt es keine Rückschlagventile. Die Rückwirkungsunterdrückung erfolgt ausschließlich durch die Schieber 21, 22, die dann, wenn der Steuereingang C drucklos ist, durch die Kraft der Federn 23, 24 geöffnet werden, um ein Rückwirkungsverhalten zu ermöglichen. Wenn hingegen mit Hilfe des Betriebsartventils 15 Druck auf die Schieber 21, 22 gegeben wird, dann bewegen diese sich gegen die Kraft der Federn 23, 24 in die Schließstellung. Ein Öffnen der Arbeitsleitungen L, R ist in diesem Fall nur dann möglich, wenn die Lenkeinheit 2 am Lastfühlanschluß LS einen entsprechend hohen Druck erzeugt, der den Druck am Steuereingang C übersteigt.
11 zeigt eine Lenkung 1, die der der 7 im wesentlichen entspricht. Hinzugekommen ist ein Lenkventil 28, das parallel zur Lenkeinheit 2 zwischen dem Druckanschluß P und dem Tankanschluß T einerseits und dem Lenkmotor 8 andererseits angeordnet ist. Das Lenkventil 28 mündet dabei in die Arbeitsleitungen L, R zwischen der Ventileinrichtung 10 und dem Lenkmotor 8, so daß die Flüssigkeit von dem Lenkventil 28 nicht durch die Ventileinrichtung 10 beeinflußt wird.
Wenn der Druck am Lastfühlanschluß LS verwendet wird, um die Ventileinrichtung 10 direkt zu betätigen, dann kann es zu einem sogenannten "harten Punkt" beim Lenken kommen. In dem Augenblick, wo die Ventileinrichtung 10 betätigt wird, "fehlt" eine kleine Menge der Hydraulikflüssigkeit, was sich am Lenkhandrad 6 bemerkbar macht.
Um diesem Problem abzuhelfen, ist bei der Ausgestaltung nach 12, die im übrigen einer Ausgestaltung nach 8 entspricht, die mit einer Ventileinrichtung nach 10 versehen ist, ein Hilfsventil 29 vorgesehen. Das Hilfsventil 29 wird durch den Druck am Lastfühlanschluß LS betätigt und stellt dann eine Verbindung zwischen dem Druckanschluß P und der Vorsteuerleitung 13 her, so daß die Schieber 21, 22 gegen den Druck am Steuereingang C mit Druck vom Druckanschluß P beaufschlagt werden. Das Hilfsventil 29 wird durch eine Hilfsventilfeder 30 umgeschaltet, so daß die Vorsteuerleitung 13 wieder mit dem Tank 5 verbunden wird.
Diese Ausgestaltung hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen ist die Menge der Hydraulikflüssigkeit, die zum Umschalten des Hilfsventils 29 benötigt wird, wesentlich kleiner als die Menge an Hydraulikflüssigkeit, die zum Umschalten der beiden Schieber 21, 22 benötigt wird. Dementsprechend ergibt sich kein "harter Punkt" beim Lenken.
Zum zweiten ist es bei dieser Ausgestaltung nicht mehr erforderlich, daß in der Neutralstellung der Lenkeinheit 2 der Lastfühlanschluß LS auf dem gleichen Druck wie der Tank 5 ist. Solange der Druck am Lastfühlanschluß LS die Kraft der Feder 30 nicht überschreitet, bleibt das Hilfsventil 29 in der Position, in der die Vorsteuerleitung 13 vom Druckanschluß P getrennt ist, so daß die durch das Betriebsartventil 15 gesteuerten Positionen der Schieber 21, 22 erhalten bleiben.
13 zeigt eine weitere Abwandlung einer Lenkung 1, bei der die Ventileinrichtung 10 derjenigen aus 12 entspricht.
Geändert hat sich der Aufbau der Lenkeinheit. Diese weist einen Arbeitsdruckanschluß S auf, an dem ein "S-Druck" oder "S-Signal" abgenommen werden kann, das anhand von 14 erläutert werden soll.
In der Neutralstellung (14a) entspricht das S-Signal dem Druck am Niederdruckanschluß T. Diese Verbindung bleibt auch noch in einem kleinen Band um die Neutralstellung herum erhalten. Der Druck am Lastfühlanschluß LS entspricht in diesem Fall dem Druck am Tankanschluß T.
Wenn die Lenkeinheit 2 so betätigt wird, daß die linke Arbeitsleitung L unter Druck gesetzt wird (14b), dann entspricht der S-Druck oder das S-Signal dem Druck in der linken Arbeitsleitung L.
Wenn die rechte Arbeitsleitung R unter Druck gesetzt wird, dann entspricht das S-Signal dem Druck in der rechten Arbeitsleitung R (14c).
Auch mit diesem Arbeitsdruckanschluß S wird ein harter Punkt in der Lenkung vermieden, da man zum Betätigen der Ventileinrichtung 10 keinen Druck aus dem Lastfühlanschluß LS verwendet. Außerdem gibt es einen wohldefinierten rückwirkungsfreien Betrieb, da das S-Signal in der Neutralstellung effektiv auf den Druck am Tankanschluß T eingestellt ist.
Darüber hinaus bietet eine Lenkeinrichtung mit dem Arbeitsdruckanschluß S einen Vorteil in einer Notlenksituation, wo man mit dem am Arbeitsdruckanschluß S aufgebauten Druck eine zusätzliche Sicherheit für die Auf steuerung der Ventile in den Arbeitsleitungen L, R, zumindest in einer der Arbeitsleitungen L, R, bekommt.
15 zeigt eine achte Ausgestaltung einer Lenkung 1, bei der jedem Ventil 11, 12 ein Druckentlastungsventil 31, 32 zugeordnet ist. Jedes Druckentlastungsventil wird durch eine Feder 33, 34 in einer geschlossenen Stellung gehalten.
In die der Feder 33, 34 entgegengesetzten Richtung wirkt der Druck am Ausgang eines Wechselventils 35, 36. Jedes Wechselventil 35, 36 ist einerseits mit der jeweils anderen Arbeitsleitung R, L verbunden, also der Arbeitsleitung, mit der das Druckentlastungsventil 31, 32 nicht verbunden ist. Andererseits sind beide Wechselventile 35, 36 mit dem Steuereingang C verbunden.
Die Ventilschieber 21, 22 der Ventile 11, 12 sind durch die beiden Federn 23, 24 jeweils in Schließstellung belastet.
Auf die gegenüberliegende Seite der Schieber 21, 22, also in Öffnungsrichtung, wirkt der Druck am Steuereingang C bzw. der Druck in der dem Ventil 11, 12 jeweils zugeordneten Arbeitsleitung L, R.
Ebenfalls in Öffnungsrichtung wirkt ein Druck am Ausgang des Ventils 11, 12. Dieser Druck stammt aus dem Motor 8, wenn Hydraulikflüssigkeit aus dem Motor 8 verdrängt wird.
Der Ausgang der Ventile 11, 12 steht über eine Drossel 37, 38 jeweils mit der Seite der Ventilschieber 21, 22 in Verbindung, auf die auch die Feder 23, 24 wirkt. Gleichzeitig steht diese Seite in Verbindung mit dem Druckentlastungsventil 31, 32.
Diese Lenkung 1 arbeitet nun folgendermaßen:
Wenn ein Druck am Steuereingang C anliegt, der die Kraft der Federn 23, 24 übersteigt, dann öffnet der Druck am Steuereingang C die Druckentlastungsventile 31, 32, so daß die Schieber 21, 22 der Ventile 11, 12 in Öffnungsstellung bewegt werden. Die Lenkung 1 arbeitet dann mit einem Rückwirkungsverhalten.
Wenn der Druck am Steuereingang C unter einen der Kraft der Federn 23, 24 entsprechenden Druck absinkt, dann werden die Ventile 11, 12 geschlossen, wie dargestellt.
Wenn nun die Lenkeinrichtung 2 betätigt wird, um beispielsweise die Arbeitsleitung R unter Druck zu setzen, dann wird das dieser Arbeitsleitung R zugeordnete Ventil 12 aufgesteuert, weil der Druck in der Arbeitsleitung R in Öffnungsrichtung auf den Schieber 22 wirkt.
Gleichzeitig wird das Druckentlastungsventil 31, das dem anderen Ventil 11 zugeordnet ist, aufgesteuert und zwar über das Wechselventil 35. Dementsprechend kann Hydraulikflüssigkeit, die vom Motor 8 zurückfließt, in Öffnungsrichtung auf den Schieber 21 wirken. Der Druck hier ist größer als der Druck in Schließrichtung, weil die über das Druckentlastungsventil 31 abfließende Hydraulikflüssigkeit an der Drossel 37 einen Druckabfall verursacht. Dementsprechend wird das Ventil 11 ebenfalls geöffnet und der Motor 8 kann betätigt werden.
In allen Ausführungsbeispielen hat die Lenkeinheit 2 an sich ein Rückwirkungsverhalten, d.h. eine Druckänderung an ihren Ausgängen, die mit den Arbeitsleitungen L, R verbunden sind, führt dazu, daß sich der Lenkgeber 6 in Abhängigkeit von der zu- oder abfließenden Menge an Hydraulikflüssigkeit bewegt. Dieses Rückwirkungsverhalten ist in vielen Fällen erwünscht, in manchen Fällen aber unerwünscht. Um dieses Rückwirkungsverhalten ohne Änderung der Lenkeinheit 2 an- oder abzuschalten, ist die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung 9 auf rein hydraulische Weise betreibbar.

Claims

Hydraulische Lenkung mit einer Lenkeinheit mit Rückwirkungsverhalten, einem Lenkmotor, der über Arbeitsleitungen mit der Lenkeinheit verbunden ist, einem Lenkgeber und einer Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung, die in mindestens einer Arbeitsleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung (9) eine Ventileinrichtung (10) mit hydraulischem Steuereingang (C) aufweist.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (10) auch durch Druck von der Lenkeinheit (2) auf steuerbar ist.
Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang (C) mit einem Betriebsartventil (15) verbunden ist, das den Steuereingang (C) in Abhängigkeit von seiner Betätigung mit einem höheren oder einem niedrigeren Steuerdruck versorgt.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (10) eine Vorspanneinrichtung (23, 24) aufweist, die entgegen dem Druck am Steuereingang (C) wirkt.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (10) für jede Arbeitsleitung (L, R) ein Ventil aufweist, das in einem vorbestimmten Zustand die Arbeitsleitung (L, R) unterbricht.
Lenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Arbeitsleitungen (L, R) eine Reihenschaltung aus zwei Wechselventilen (18, 19) angeordnet ist, deren Verbindungspunkt (20) mit dem Steuereingang (C) verbunden ist, wobei die Wechselventile (18, 19) jeweils einen Ausgang aufweisen, der mit dem Ventil (12, 11) in der jeweils nicht an dem Wechselventil (18, 19) angeschlossenen Arbeitsleitung (L, R) verbunden ist.
Lenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ventil (11, 12; 21, 22) ein Druckentlastungsventil (31, 32) zugeordnet ist, das sowohl vom Druck am Steuereingang (C) als auch vom Druck in der jeweils anderen Arbeitsleitung (R, L) aufsteuerbar ist und im aufgesteuerten Zustand eine Schließdruckseite des Ventils (11, 12; 21, 22) mit der zugehörigen Arbeitsleitung (L, R) verbindet.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein hilfskraftbetätigtes Lenkventil (28) parallel zur Lenkeinheit (2) angeord net ist, wobei das Lenkventil (28) mit den Arbeitsleitungen (L, R) in einem Bereich zwischen der Rückwirkungsunterdrückungseinrichtung (9) und dem Lenkmotor (8) verbunden ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsartventil (15) mit einem Druckregelventil (25) in Reihe angeordnet ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinheit (2) einen Lastfühlanschluß (LS) aufweist, dessen Druck die Ventileinrichtung (10) entgegen dem Druck am Steuereingang (C) beeinflußt.
Lenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastfühlanschluß (LS) mit einem Hilfsventil (29) verbunden ist, das zwischen einer Vorsteuerleitung (13) und einem Anschluß (P) mit höherem Druck angeordnet ist.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinheit (2) einen Arbeitsdruckanschluß (S) aufweist, der in Neutralstellung der Lenkeinheit (2) zu einem Niederdruckanschluß (T) entlastet ist und bei einer vorbestimmten Auslenkung der Lenkeinheit (2) den in der ausgesteuerten Arbeitsleitung (L, R) herrschenden Druck führt, wobei ein Druck am Arbeitsdruckanschluß (S) die Ventileinrichtung (10) entgegen dem Druck am Steuereingang (C) beeinflußt.
Lenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinheit (2) als "open-center"-Lenkeinheit ausgebildet ist und einen Druckanschluß (P) aufweist, der mit einem Gegensteueranschluß (31) verbunden ist, dessen Druck entgegen dem Druck am Steuereingang (C) auf die Ventileinrichtung (10) wirkt.