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Die
Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Lenkeinrichtung, die
aus einem Drehschiebersteuerventil und einer Dosierpumpe besteht,
wobei das Drehschiebersteuerventil aus einer äußeren Steuerhülse und
einem inneren Steuerkolben besteht, die konzentrisch zueinander
angeordnet sind, in einem begrenzten Winkel zueinander verdrehbar sind
und miteinander und mit der Dosierpumpe korrespondierende Bohrungen
und Kanäle
zur Versorgung eines Lenkzylinders besitzen und das Drehschiebersteuerventil
zwischen der Dosierpumpe und dem Lenkzylinder jeweils zwei parallele Ölstrompfade
besitzt, wobei einer der beiden Pfade in der Neutralstellung geschlossen
und der andere der beiden Pfade zum Wechsel zwischen einem Reaktionsbetrieb
und einem Nichtreaktionsbetrieb zu- und absperrbar ist.
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Derartige
Lenkeinrichtungen arbeiten vollhydraulisch und werden vorzugsweise
zum Lenken von schweren und langsam fahrenden Fahrzeugen eingesetzt.
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Lenkeinrichtungen
dieser Art sind allgemein bekannt. Sie bestehen in der Hauptsache
aus einem Gehäuse
mit einem Zulaufanschluss für
eine Versorgungspumpe, einem Ablaufanschluss für einen Tank und zwei Anschlüssen für den Zulauf
zu einem Lenkzylinder und dem 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 beispiels weise sieben Innenzähnen
und einem drehenden Läuferzahnrad
mit dann sechs Außenzähnen besteht.
Somit bilden sich in der Dosierpumpe sieben volumenveränderliche
Kammern aus.
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Das
im Gehäuse
untergebrachte Drehschiebersteuerventil ist einerseits durch den
Steuerkolben mechanisch mit einem Lenkrad und andererseits durch
die Steuerhülse über eine
Antriebswelle mechanisch mit dem Läuferzahnrad der Dosierpumpe verbunden.
Das Drehschiebersteuerventil steht außerdem mit den volumenveränderlichen
Kammern der Dosierpumpe über
Kommutatorkanäle
in hydraulischer Verbindung. Dazu besitzen der Steuerkolben und
die Steuerhülse
radiale Bohrungen und radiale und axiale Kanäle die zusammen mehrere verstellbare
und parallel wirkende Drosseln bilden.
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Es
ist allgemein bekannt, diese Lenkeinrichtung mit einer Reaktionsfunktion
auszuführen,
bei der beide Seiten des Lenkzylinders in der Neutralstellung über ein
offenes Drehschiebersteuerventil mit der Dosierpumpe verbunden sind.
Dadurch übertragen
sich die auf die Räder
einwirkenden und eine Richtungsänderung
verursachenden Fahrwiderstände
auf das Lenkrad. Die Reaktionsfunktion ist für den Fahrer sehr komfortabel.
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Allgemein
bekannt sind auch Lenkeinrichtungen mit einer Nichtreaktionsfunktion,
bei der das Drehschiebersteuerventil in der Neutralstellung geschlossen
und die beiden Zylinderräume
des Lenkzylinders nicht miteinander verbunden sind. Diese Lenkeinrichtungen
werden z. B. immer dann eingesetzt, wenn die Lenkung der Räder automatisch
und ferngesteuert, beispielsweise durch eine GPS-Führung erfolgt.
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Aus
der
DE 199 35 021
A1 ist eine hydraulische Lenkeinrichtung bekannt, die sowohl
ein Reaktionsverhalten ermöglicht,
das bei der Straßenfahrt angenehm
für den
Fahrer ist, als auch ein Nichtreaktionsverhalten, das beispielsweise
bei einer GPS-gesteuerten Lenkbetätigung benötig wird. Dazu besitzt das
Drehschiebersteuerventil für
jede Drehrichtung zwei parallele Pfade, die den Lenkzylinder und
die Dosierpumpe während
der Lenkbewegung verbinden, wobei in der Neutralstellung einer der
beiden Pfade offen und der andere der beiden Pfade geschlossen ausgeführt ist.
An der Lenkbewegung im Reaktionsbetrieb sind beide Pfade beteiligt.
In dem in der Neutralstellung offenen Pfad befindet sich jeweils ein
Absperrventil, das von außen
betätigbar
ist und das diesen einen Pfad bei Bedarf absperrt. Somit ist für jede Drehrichtung
ein Absperrventil vorgesehen, die beide jeweils in der geöffneten
Stellung ein Reaktionsverhalten und in der gesperrten Stellung ein Nichtreaktionsverhalten
gewährleisten.
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Zur
konstruktiven Verwirklichung dieser Bedingungen besitzt das Drehschiebersteuerventil
für jede
Drehrichtung zwei Reihen von Steuerbohrungen mit jeweils unterschiedlichen
Querschnitten, wobei der Querschnitt der Steuerbohrungen im offenen
und absperrbaren ersten Pfad größer als
der Querschnitt der Steuerbohrungen im geschlossenen zweiten Pfad
ist.
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Diese
Ausführung
hat aber erhebliche Nachteile.
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So
ist die Gestaltung der Öffnungscharakteristiken
der beiden Pfade sowohl für
den Zylinderzulauf als auch für
den Zylinderablauf sehr schwierig.
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Für den Modus „Reaktion” stehen
erfindungsgemäß beide
Pfade für
den Zu- und Ablauf zur Verfügung,
wobei die Pfade naturgemäß eine unterschiedliche Öffnungscharakteristik
aufweisen und jeder Pfad für
sich die Lenkungsfunktion im Betriebszustand erfüllt. Erfindungsgemäß wird im
Modus „Nichtreaktion” sowohl
im Zu- als auch im Ablauf jeweils ein Pfad abgesperrt. Dieser Pfad
ist im Zulauf derjenige, der die Reaktion ermöglicht und demzufolge die größere Querschnittszunahme
beim Auslenken aufweist. Im Ablauf wird ebenfalls ein Pfad abgesperrt, so
dass wesentlich weniger Querschnitt zur Verfügung steht.
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Es
ergibt sich also in den beiden Modi ein höchst unterschiedliches Angebot
an Querschnitten für
den Zu- und Ablauf, was zu unterschiedlichen Druckverlusten für den Ölstrom zum
und vom Lenkzylinder führt
und damit das Verhalten der Lenkung wesentlich beeinflusst.
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Der
Fahrer muss sich darauf immer wieder neu einstellen, was besonders
schwierig ist, wenn wie in der Anmeldung vorgesehen, die Umschaltung automatisch
geschwindigkeitsabhängig
erfolgt.
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Dies
kann für
den Fahrer und seine Umgebung zu unkalkulierbaren Gefahren führen. Aber auch
die Herstellung der Lenkeinrichtung verteuert sich, weil für jede Lenkrichtung
ein gesondertes Absperrventil vorgesehen ist, was einen großen baulichen
Aufwand erfordert.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, das Lenkungsverhalten bei einer
gattungsgemäßen Lenkeinrichtung
zwischen der Reaktionsfunktion und der Nichtreaktionsfunktion anzugleichen
und den Aufbau zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der in der Neutralstellung geschlossene erste Pfad als Hauptpfad
für den
Lenkungsbetrieb und der absperrbare zweite Pfad als Hilfspfad für die Reaktion
in der Neutralstellung ausgelegt sind.
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Zweckmäßige Ausgestaltungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen
2 bis 7. Die neue Lenkeinrichtung beseitigt die genannten Nachteile des
Standes der Technik. Dabei liegt der besondere Vorteil in den verbesserten
Gebrauchseigenschaften.
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So
fließt
der Ölstrom
von der Dosierpumpe zum Lenkzylinder und zurück während der Lenkbewegung sowohl
im Reaktionsbetrieb als auch im Nichtreaktionsbetrieb im Wesentlichen über dieselben
Steueröffnungen
des ersten Hauptpfades. Die parallelen Steueröffnungen des zweiten absperrbaren
Pfades sind dabei so klein gehalten, dass sie sich während der
Lenkbewegung nur in einer zu vernachlässigenden Weise an der Ölströmführung beteiligen und
während
der Neutralstellung allein als Hilfsöffnungen für den Reaktionsbetrieb dienen.
Das schafft in beiden Betriebsarten gleiche Strömungsverhältnisse und damit gleiche Lenkbedingungen.
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Diese
neue Lenkeinrichtung hebt sich von dem Stand der Technik insbesondere
dadurch ab, dass sie als eine Weiterentwicklung einer Lenkeinrichtung
mit einer Nichtreaktion anzusehen ist. Da bei dieser Ausführung in
der Neutralstellung bereits eine geschlossene Ebene vorhanden ist,
ist es möglich, die
abschaltbaren Steueröffnungen
der zweiten und parallelen Ebene in ihren Dimensionen und Anordnungen
frei auszuwählen.
Erst das schafft den konstruktiven Freiraum, die abschaltbaren Steueröffnungen
der zweiten Ebene als reine Reaktionsöffnungen auszulegen.
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Zur
Realisierung der funktionellen Abschaltung der Steueröffnungen
der zweiten Ebene ist es zweckmäßig, die
zweite Ebene für
die eine Lenkrichtung und die zweite Ebene für die andere Lenkrichtung in
einem Zuge durch ein gleiches Steuersignal zu- und abzusperren.
Dazu eignet sich ein 4/2-Wegeventil in besonderer Weise, weil die
Funktion sicher und der Herstellungsaufwand gering ist.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden.
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Dazu
zeigen:
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1:
ein vereinfachtes Funktionsschaltbild der hydraulischen Lenkeinrichtung,
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2:
eine hydraulische Lenkeinrichtung im Schnitt,
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3:
das abgewickelte Drehschiebersteuerventil in der Reaktionsausführung und
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4:
das abgewickelte Drehschiebersteuerventil in der Nichtreaktionsausführung.
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Gemäß der 1 besitzt
die hydraulische Lenkeinrichtung 1 einen Zulaufanschluss
P für den Versorgungsölstrom,
zwei Verbraucheranschlüsse
L und R für
die beiden Kammern eines nicht gezeigten Lenkzylinders, einen Rücklaufanschluss
T zu einem Tank und in diesem Beispiel einen Lastsignalanschluss
LD für
ein Prioritätsventil,
das den von der Versorgungspumpe gelieferten Versorgungsstrom zwischen
der Lenkeinrichtung und einer Arbeitshydraulik bedarfsgerecht aufteilt.
Die Erfindung ist aber auch bei Lenkungen in open-center-Ausführung anwendbar.
Die Verbindungen zwischen den genannten Anschlüssen P, T, L, R und einer hier
nicht gezeigten Dosierpumpe erfolgt über ein Drehschiebersteuerventil 2,
das hier in einer closed-center-Ausführung zwischen dem Zulaufanschluss
P und dem Rücklaufanschluss
T dargestellt ist. Zwischen dem Zulaufanschluss P und dem Drehschiebersteuerventil 2 besteht
eine Zulaufleitung 3 und zwischen dem Drehschiebersteuerventil 2 und
dem Rücklaufanschluss
T ist eine Rücklaufleitung 4 vorgesehen.
Weiterhin besitzt die Lenkeinrichtung 1 zwischen dem Drehschiebersteuerventil 2 und
den beiden Zylinderanschlüssen
L, R jeweils einen Hauptpfad für
den Lenkbetrieb 5, 5', der in Abhängigkeit von der Lenkrichtung
eine Zulaufleitung oder eine Rücklaufleitung
ist. In üblicher
Weise befinden sich zwischen den beiden Hauptpfaden 5, 5' zwei Schockventile 6 und
zwei Nachsaugventile 7. Zu jedem Hauptpfad 5, 5' besteht ein
zweiter Hilfspfad für
den Reaktionsbetrieb 8, 8', der parallel zum ersten Hauptpfad 5, 5' angeordnet ist.
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In
einer zweckmäßigen Ausführung ist
an die Lenkeinrichtung 1 ein Gehäuse 10 angeflanscht. Durch
dieses Gehäuse 10 werden
die Leitungen 3 und 4 sowie die Hauptpfade 5 und 5' hindurchgeführt. Die
Hilfspfade 8 und 8' münden ebenfalls
in das Gehäuse 10 zu
einem darin befindlichen Absperrventil 9 und werden von
diesem wahlweise mit den Hauptfaden 5 und 5' verbunden oder
von diesen getrennt.
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Das
Absperrventil 9 kann in beliebiger Weise durch ein Betätigungselement 11 geschaltet
werden.
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Es
versteht sich, dass das Absperrventil 9 auch innerhalb
der Lenkeinrichtung 1 untergebracht oder das Gehäuse 10 auch
getrennt von der Lenkeinrichtung 1 angeordnet werden kann.
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Nach
der 2 besteht die hydraulische Lenkeinrichtung 1 konstruktiv
in der Hauptsache aus einem Gehäuse 12 mit
dem Drehschiebersteuerventil 2 und der nach dem Gerotorprinzip
arbeitenden Dosierpumpe 13, die stirnseitig an das Gehäuse 12 angeflanscht
ist, wobei das Drehschiebersteuerventil 2 aus einer äußeren, im
Gehäuse 12 eingepassten Steuerhülse 14 und
einem inneren, in der Steuerhülse 14 laufenden
Steuerkolben 15 gebildet wird. Die Dosierpumpe 13 besteht
aus einem innen verzahnten Außenring 16 und
aus einem außen
verzahnten, einen Zahn weniger aufweisenden Rotor 17, die
zwischen sich mehrere volumenveränderliche
Verdrängerkammern 18 ausbilden.
Diese Verdrängerkammern 18 sind über Kanäle im Gehäuse 12 hydraulisch
mit dem Dreh schiebersteuerventil 2 und dem Lenkzylinder
verbunden. Die Dosierpumpe 13 ist dabei mit einem Deckel 19 und
einer Zwischenscheibe 20 mit dem Gehäuse 12 verschraubt.
Der innen liegende Steuerkolben 15 des Drehschiebersteuerventils 2 hat
eine drehfeste Verbindung mit einem nicht dargestellten Handrad.
Innerhalb des Steuerkolbens 15 ist eine Antriebswelle 21 angeordnet,
die einerseits über
ein Zahnnabenprofil mit dem Rotor 17 der Dosierpumpe 13 und
andererseits über
einen, den Steuerkolben 15 durchdringenden Stift 22 mit
der äußeren Steuerhülse 14 verbunden.
Dieser Stift 22 begrenzt im Zusammenspiel mit einer vergrößerten Bohrung
im inneren Steuerkolben 22 den Verdrehwinkel zwischen der
Steuerhülse 14 und
dem Steuerkolben 15 auf etwa 9°. Die Steuerhülse 14 und
der Steuerkolben 15 stützen
sich innerhalb des begrenzten Verdrehwinkels durch ein radial angeordnetes Federelement 23 gegenseitig
ab.
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Aus
den 3 und 4 ergeben sich die äußere Steuerhülse 14 und
der unsichtbar dargestellte innere Steuerkolben 15. Aus
den axialen Steuernuten des Steuerkolbens 15 und den verschiedenen
Reihen von Bohrungen in der Steuerhülse 14 ergeben sich
verschieden Ebenen von verstellbaren Steueröffnungen. So bilden sich zunächst ein
Zulaufkanal 24, eine Ebene von Steueröffnungen 25 für die Verbindung
zur und von der Dosierpumpe 13 und die Ebenen der Steueröffnungen 26 für die Hauptpfade 5, 5' und Hilfspfade 8, 8'.
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Zu
diesen Steueröffnungen 26 gehören die Ebene
der Steueröffnungen 27, 27' für den ersten Hauptpfad 5, 5' und die Ebene
der Steueröffnungen 28, 28' für den zweiten
Hilfspfad 8, 8'.
Dabei führen
in einer ausgewählten
Lenkrichtung 1 die Steueröffnungen 27 und 28 zum
Lenkzylinder hin und die Steueröffnungen 27' und 28' vom Lenkzylinder
zurück.
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Die
Steueröffnungen 28 und 28' des Hilfspfades 8, 8' sind von den
Steuerbohrungen 27, 27' abschaltbar ausgeführt. Dazu
ist das steuerbare Absperrventil 9 vorgesehen, dessen Gehäuse 10 am Gehäuse 12 der
Lenkeinrichtung 1 angeflanscht ist. Dieses Absperrventil 9 besteht
aus einem Gehäuse 10 und
einem Ventilschieber 29, wobei der Ventilschie ber 29 einerseits
durch eine Feder belastet und andererseits von einem Betätigungselement 11 beaufschlagbar
ist. Das Betätigungselement 11 gehört beispielsweise
zu einer elektrischen Stelleinheit. Das Gehäuse 10 besitzt vier
Kanäle 30,
die mit jeweils einer der Ebenen von Haupt- und Hilfspfaden 27, 28, 27' und 28' verbunden sind,
während
der Ventilschieber 29 einen ersten Ringkanal 31 und
einen zweiten Ringkanal 32 besitzt.
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In
der unbetätigten
Stellung des steuerbaren Absperrventils 9 gemäß der 3 verbindet
der erste Ringkanal 31 den einen Zylinderanschluss R mit dem
Hilfspfad 28, während
der zweite Ringkanal 32 den anderen Zylinderanschluss L
mit dem Hilfspfad 28' in
Verbindung bringt.
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Damit
ist der Zylinderanschluss R sowohl in der Neutralstellung der Lenkeinrichtung 1 als
auch bei der Lenkbewegung mit den Ebenen 27 und 28 verbunden,
während
L mit 27' und 28' in Verbindung steht.
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In
der Neutralstellung der Lenkeinrichtung 1 ist damit der
Modus „Reaktion” möglich. Bei
der Lenkbewegung ist der Anteil des dosierten Ölstroms, der über die
Steueröffnungen 28 und 28' der Hilfspfade 8 und 8' fließt, wegen
des geringen Querschnitts vernachlässigbar klein.
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In
der betätigten
Stellung des Absperrventils 9 gemäß der 4 wird die
Verbindung 27 mit 28 und 27' mit 28' unterbrochen.
Damit ist der Modus „Nichtreaktion” eingestellt.
Der Ölstrom
fließt
beim Lenken ausschließlich über die
Steueröffnungen 27 und 27' der Hauptpfade 5 und 5'. Der Querschnittsunterschied
zum Modus „Reaktion” ist aber
verschwindend gering.
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Die
Funktion der hydraulischen Lenkeinrichtung ist hinreichend bekannt.
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Bei
einer nicht betätigten
Lenkeinrichtung befindet sich das Drehschiebersteuerventil 2 in
der Neutralstellung, wo sich der innere Steuerkolben 15 und
die äußere Steuerhülse 14 zentrieren
und alle wesentlichen, zur Dosierpumpe 13 und zum Lenkzylinder
führenden
Verbindungen geschlossen sind. Die nicht betätigte Stellung des steuerbaren
Ab sperrventils 9 hält über die
Verknüpfung
der Hauptpfade 5, 5' mit
den Hilfspfaden 8, 8' eine Verbindung zwischen der Dosierpumpe
und dem Lenkzylinder offen, die in der Neutralstellung die Funktion
einer Reaktion gewährleistet.
Zur Einstellung der Nichtreaktion wird das steuerbare Absperrventil 9 betätigt, sodass
die Verbindungen der Hauptpfade 5, 5' mit den Hilfspfaden 8, 8' getrennt werden.
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Bei
einer Auslenkung des Drehschiebersteuerventils 2 beispielsweise
nach rechts werden der Steuerkolben 15 und die Steuerhülse 14 entgegen der
Kraft des Federelementes 23 aus ihrer Mittelstellung in
eine Arbeitsstellung verdreht, wodurch sich entsprechende Steuerkanäle öffnen. Dadurch
gelangt der Ölstrom über das
Drehschiebersteuerventil 2 zur Dosierpumpe 13,
wo er bedarfsgerecht bemessen und dann wieder über das Drehschiebersteuerventil 2 zum
Lenkzylinder geführt
wird. Auf diesem Wege passiert das Öl zunächst den Zulaufkanal 24 zum
Drehschiebersteuerventil 2 und von dort die Steueröffnungen 25 für den Zulauf
zur und den Rücklauf
von der Dosierpumpe 13. Das Öl gelangt dann über die
Steueröffnungen 27, 28 zum
Lenkzylinder und bewirkt, dass sich die Räder verstellen. Dabei strömt das aus
dem Lenkzylinder verdrängte Öl über die
Steueröffnungen 27', 28' und dann über die
Rücklaufleitung 4 zum
Tank.
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In
der für
den Reaktionsbetrieb maßgeblichen
nicht betätigten
Stellung des steuerbaren Absperrventils 9 gemäß der 3 sind
die Hauptpfade 5, 5' und
Hilfspfade 8, 8' miteinander
verbunden, sodass beide Ebenen an der Lenkbetätigung beteiligt sind. Dagegen
sind in der für
den Nichtreaktionsbetrieb maßgeblichen
Stellung des steuerbaren Absperrventils 9 nach der 4 die
Hauptpfade 5, 5' und
Hilfspfade 8, 8' getrennt,
sodass nur die Hauptpfade 5, 5' an der Lenkbewegung beteiligt
sind.
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- 1
- Lenkeinrichtung
- 2
- Drehschiebersteuerventil
- 3
- Zulaufleitung
- 4
- Rücklaufleitung
- 5
5'
- Hauptpfad
für den
Lenkbetrieb
- 6
- Schockventil
- 7
- Nachsaugventil
- 8
8'
- Hilfspfad
für den
Reaktionsbetrieb
- 9
- steuerbares
Absperrventil
- 10
- Gehäuse für Absperrventil
- 11
- Betätigungselement
- 12
- Gehäuse für Lenkeinrichtung
- 13
- Dosierpumpe
- 14
- Steuerhülse
- 15
- Steuerkolben
- 16
- Außenring
- 17
- Rotor
- 18
- Verdrängerkammern
- 19
- Deckel
- 20
- Zwischenscheibe
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Stift
- 23
- Federelement
- 24
- Zulaufkanal
- 25
- Steueröffnungen
für die
Dosierpumpe
- 26
- Steueröffnungen
für die
Zylinderleitungen
- 27
27'
- Steueröffnungen
für den
Hauptpfad 5, 5'
- 28
28'
- Steueröffnungen
für den
Hilfspfad 8, 8'
- 29
- Ventilschieber
- 30
- Kanäle
- 31
- erster
Ringkanal
- 32
- zweiter
Ringkanal
- P
- Zulaufanschluss
- T
- Rücklaufanschluss
- L
- Verbraucheranschluss
- R
- Verbraucheranschluss
- LD
- Lastsignalanschluss