DE102020127621A1

DE102020127621A1 - Hydraulic rear axle steering

Info

Publication number: DE102020127621A1
Application number: DE102020127621.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Winkler
Original assignee: WEBER HYDRAULIK GmbH; Weber Hydraulik GmbH Germany
Current assignee: WEBER HYDRAULIK GmbH; Weber Hydraulik GmbH Germany
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Eine hydraulische Hinterachslenkung für mehrachsige Fahrzeuge besitzt einen Lenkzylinder, der einen Zylinderraum, einen dichtend in dem Zylinderraum gelagerten Kolben, der den Zylinderraum in zwei Arbeitsräume unterteilt, und mindestens eine von dem Kolben getragene Kolbenstange umfasst, sowie eine Pumpe zur wahlweisen Druckbeaufschlagung einer der Arbeitsräume mit einem Hydraulikmedium zwecks Auslenkung des Kolbens in die eine oder die andere Richtung und eine Ventilanordnung, über die zur Zentrierung und Deaktivierung der Hinterachslenkung wahlweise jeweils einer der Arbeitsräume (39, 40) zu einem Tank (7) hin entlastet werden kann, derart, dass der Kolben des Lenkzylinders nur zu seiner Mittelstellung hin bewegbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Lenkzylinder ein über einen Aktuator betätigbares Schaltelement aufweist, welches zwischen einer ersten Schaltposition, einer Neutralposition und einer zweiten Schaltposition verstellbar ist, wobei das Schaltelement derart ausgebildet ist, dass außerhalb der Mittelstellung des Kolbens eine Verstellung des Schaltelements aus der ersten und aus der zweiten Schaltposition heraus blockiert ist und die Ventilanordnung mit dem Schaltelement zur wechselweisen Entlastung jeweils einer der Arbeitsräume zum Tank hin mechanisch gekoppelt ist.A hydraulic rear-axle steering system for multi-axle vehicles has a steering cylinder, which includes a cylinder chamber, a piston which is mounted in a sealed manner in the cylinder chamber and divides the cylinder chamber into two working chambers, and at least one piston rod carried by the piston, and a pump for selectively pressurizing one of the working chambers a hydraulic medium for the purpose of deflecting the piston in one direction or the other and a valve arrangement via which one of the working chambers (39, 40) can be optionally relieved to a tank (7) in order to center and deactivate the rear-axle steering, such that the Piston of the steering cylinder can only be moved towards its central position. It is provided here that the steering cylinder has a switching element that can be actuated via an actuator and that can be adjusted between a first switching position, a neutral position and a second switching position, the switching element being designed in such a way that outside the middle position of the piston, the switching element can be adjusted from the first and is blocked from the second switching position and the valve arrangement is mechanically coupled to the switching element for alternating relief in each case of one of the working chambers towards the tank.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Hinterachslenkung für mehrachsige Fahrzeuge, mit einem Lenkzylinder, der einen Zylinderraum, einen dichtend in dem Zylinderraum gelagerten Kolben, der den Zylinderraum in zwei Arbeitsräume unterteilt, und mindestens eine von dem Kolben getragene Kolbenstange umfasst, mit einer Pumpe zur wahlweisen Druckbeaufschlagung eines der Arbeitsräume mit einem Hydraulikmedium zwecks Auslenkung des Kolbens in die eine oder die andere Richtung, und mit einer Ventilanordnung, über die zur Zentrierung und Deaktivierung der Hinterachslenkung wahlweise jeweils einer der Arbeitsräume zu einem Tank hin entlastet werden kann, derart, dass der Kolben des Lenkzylinders nur zu seiner Mittelstellung hin bewegbar ist.The present invention relates to a hydraulic rear-axle steering system for multi-axle vehicles, with a steering cylinder that includes a cylinder chamber, a piston that is mounted in a sealed manner in the cylinder chamber and divides the cylinder chamber into two working chambers, and at least one piston rod that is carried by the piston, with a pump for optional Pressurization of one of the working chambers with a hydraulic medium for the purpose of deflecting the piston in one direction or the other, and with a valve arrangement via which one of the working chambers can be optionally relieved to a tank in order to center and deactivate the rear-axle steering, such that the piston of the steering cylinder can only be moved towards its middle position.

Schwere Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge für den Transport großer Lasten, Mobilkräne, elektrische Nutzfahrzeuge oder Busse, verfügen oft über mehr als zwei Hinterachsen. Hierbei kann es sich prinzipiell um Vorlauf- oder Nachlaufachsen handeln, also Achsen, die vor oder hinter einer angetriebenen Starrachse angeordnet sind. Beide Anordnungen dienen der Entlastung der angetriebenen Starrachse und ermöglichen somit eine höhere Nutzlast des Fahrzeugs.Heavy vehicles, especially commercial vehicles for transporting large loads, mobile cranes, electric commercial vehicles or buses, often have more than two rear axles. In principle, these can be leading or trailing axles, i.e. axles that are arranged in front of or behind a driven rigid axle. Both arrangements serve to relieve the driven rigid axle and thus enable a higher payload of the vehicle.

Um die Manövrierfähigkeit eines derartigen Fahrzeugs zu erhöhen und gleichzeitig den Verschleiß von Reifen und Straßenbelag zu reduzieren, werden diese zusätzlichen Fahrzeugachsen nicht starr ausgeführt, sondern als Lenkachsen, die im Regelfall der Auslenkung nach der Ackermann-Geometrie folgen. Diese geometrische Anordnung führt dazu, dass alle Räder auf unterschiedlichen Kreisbahnen abrollen und die Radachsen beim Einlenken einen gemeinsamen Mittelpunkt haben.In order to increase the maneuverability of such a vehicle and at the same time reduce the wear and tear on the tires and road surface, these additional vehicle axles are not designed to be rigid, but as steering axles, which usually follow the deflection according to the Ackermann geometry. This geometric arrangement means that all the wheels roll on different circular paths and the wheel axles have a common center point when turning.

Gelenkte Hinterachsen können zwangsgelenkt oder adhäsionsgelenkt ausgeführt werden. Bei einer adhäsionsgelenkten Hinterachse wird diese mit einem konstruktiven Nachlauf versehen, sodass die Auslenkung und Rückstellbewegung der Räder aufgrund der Reibung auf der Straße selbstlenkend erfolgt. Bei einer zwangsgelenkten Hinterachse wird die Hinterachslenkung über einen Hydraulikzylinder mit dem Chassis verbunden. Die Aktivierung erfolgt hierbei über eine Motorpumpeneinheit, die das jeweils zur Lenkbewegung notwendige Ölvolumen aus einem Vorratstank in die jeweilige Zylinderkammer des Hydraulikzylinders fördert. Hierbei kann eine bidirektionale Pumpe zum Einsatz kommen, welche abhängig von der Drehrichtung den einen oder anderen Zylinderraum mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Weiterhin können über sogenannten Lasthalteventile oder entsperrbare Rückschlagventile die beiden Zylinderräume zum Tank hin gesichert werden, sodass bei Deaktivierung des Elektromotors das Hydrauliköl weiterhin in der jeweiligen Kammer des Zylinders verbleibt und somit dessen Position beibehalten wird.Steered rear axles can be force-steered or adhesion-steered. In the case of an adhesion-steered rear axle, this is provided with a constructive caster, so that the deflection and return movement of the wheels is self-steering due to the friction on the road. With a force-steered rear axle, the rear axle steering is connected to the chassis via a hydraulic cylinder. Activation takes place via a motor pump unit, which delivers the oil volume required for the steering movement from a storage tank into the respective cylinder chamber of the hydraulic cylinder. A bidirectional pump can be used here, which, depending on the direction of rotation, applies hydraulic fluid to one or the other cylinder chamber. Furthermore, the two cylinder chambers can be secured to the tank via so-called load-holding valves or unlockable check valves, so that when the electric motor is deactivated, the hydraulic oil remains in the respective chamber of the cylinder and its position is thus maintained.

Wesentlich bei zwangsgelenkten Hinterachsen ist, dass im Falle eines Fehlers oder eines Ausfalls der Hinterachslenkung, insbesondere bei Ausfall der elektrischen Energieversorgung, das Fahrzeug weiterhin beherrschbar bleibt. Hierzu wird die Hinterachslenkung im Fehlerfall in einen sicheren Ausfallzustand gebracht, bei dem die Räder in Geradeausstellung stehen, die Lenkung somit in Mittelstellung zentriert ist. Entsprechende Lenksysteme sind beispielsweise aus der DE 10 2012 105 976 A1 , der DE 10 2014 113 880 A1 und der DE 10 2015 109 513 A1 bekannt.In the case of positively steered rear axles, it is essential that the vehicle remains controllable in the event of a fault or failure of the rear axle steering, in particular if the electrical energy supply fails. In the event of a fault, the rear-axle steering is brought into a safe failure state in which the wheels are in the straight-ahead position and the steering is thus centered in the central position. Corresponding steering systems are, for example, from DE 10 2012 105 976 A1 , the DE 10 2014 113 880 A1 and the DE 10 2015 109 513 A1 famous.

Um den gewünschten sicheren Fahrzustand zu erreichen, muss die Lenkung im Falle eines Fehlers ohne jeglichen weiteren Eingriff des Fahrers oder elektrischer Stell- und Regelgrößen ausschließlich über das Wirkprinzip der Adhäsion zurück zur Mittelstellung bewegt werden. Hierzu sind verschiedene Ventilschaltungen implementiert worden, die dafür sorgen, dass externe Kräfte, die in den Lenkzylinder eingeleitet werden, ausschließlich zu einer Bewegung zur Mittelposition des Lenkzylinders führen können.In order to achieve the desired safe driving condition, the steering must be moved back to the center position in the event of a fault without any further intervention by the driver or electrical manipulated and controlled variables exclusively via the active principle of adhesion. Various valve circuits have been implemented for this purpose, which ensure that external forces that are introduced into the steering cylinder can only lead to a movement to the middle position of the steering cylinder.

Bei der DE 10 2012 105 976 A1 und der DE 10 2014 113 880 A1 ist jeweils eine Mittelstellungsbohrung vorgesehen, über die Hydraulikflüssigkeit zur Zentrierung der Lenkung zurück in den Tank fließen kann. Dies kann nachteilig sein, da die Mittelstellungsbohrung bei normalen Lenkausschlägen jeweils von der Kolbendichtung überstrichen werden muss, was zu Abnutzung bis hin zu einem Defekt der Kolbendichtung führen kann.In the DE 10 2012 105 976 A1 and the DE 10 2014 113 880 A1 a middle position hole is provided through which hydraulic fluid can flow back into the tank to center the steering. This can be disadvantageous, since the middle position bore has to be swept over by the piston seal during normal steering deflections, which can lead to wear and even to a defect in the piston seal.

Bei der DE 10 2015 109 513 A1 werden zur Zentrierung der Lenkung im Fehlerfall entsperrbare Rückschlagventile geöffnet, die einen unidirektionalen Durchfluss zwischen den beiden Kammern derart ermöglichen, dass die Kolbenstange des Lenkzylinders nur zur Mittelstellung hin bewegbar ist. Die Betätigung der Rückschlagventile erfolgt über eine abschnitts- und/oder bereichsweise umgestaltete, insbesondere in ihrem Durchmesser abgestuft ausgebildete Kolbenstange. Die Entsperreinrichtung bleibt in der Mittelstellung des Hydraulikzylinders sowie in dessen unmittelbarer Nähe durch den umgestalteten Abschnitt und/oder Bereich der Kolbenstange unbetätigt. Somit kann bei kleinen Lenkausschlägen keine automatische Zentrierung erfolgen oder ist zumindest weniger genau.In the DE 10 2015 109 513 A1 to center the steering in the event of a fault, pilot-operated non-return valves are opened, which allow unidirectional flow between the two chambers in such a way that the piston rod of the steering cylinder can only be moved towards the middle position. The check valves are actuated via a piston rod that is redesigned in sections and/or areas, in particular with a stepped diameter. The unlocking device remains unactuated in the middle position of the hydraulic cylinder and in its immediate vicinity through the reshaped section and/or area of the piston rod. Thus, in the case of small steering deflections, automatic centering cannot take place or is at least less precise.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hydraulische Hinterachslenkung anzugeben, mit der eine Mittelzentrierung in Abhängigkeit des Auslenkungszustandes des Lenkzylinders schnell und zuverlässig erreicht und sicher gehalten werden kann.One object of the invention is to specify a hydraulic rear axle steering with which centering can be quickly and reliably achieved and maintained depending on the deflection state of the steering cylinder.

Wird als Lenkzylinder ein Gleichlaufzylinder eingesetzt, so kann zur Zentrierung und Deaktivierung der Hinterachslenkung im Fehlerfall mittels einer entsprechenden Ventilanordnung zwischen den Arbeitsräumen eine unidirektionale hydraulische Verbindung geschalten werden, über die Hydraulikfluid direkt von dem einen in den anderen Arbeitsraum verdrängt werden kann, um den Kolben des Lenkzylinders in seine Mittelstellung zu bringen. Gleichlaufzylinder sind jedoch bei gleicher Kraftauslegung in der Regel etwas größer als entsprechende Differentialzylinder, sodass bei engen Einbauverhältnissen bevorzugt Differentialzylinder zum Einsatz kommen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher auch darin, eine hydraulische Hinterachslenkung der vorgenannten Art anzugeben, die auch bei Einsatz eines Differentialzylinders funktioniert.If a synchronous cylinder is used as the steering cylinder, a unidirectional hydraulic connection can be switched between the working chambers by means of a corresponding valve arrangement for centering and deactivating the rear-axle steering in the event of a fault, via which hydraulic fluid can be displaced directly from one working chamber to the other in order to move the piston of the bring the steering cylinder to its central position. However, synchronous cylinders are generally somewhat larger than corresponding differential cylinders with the same force design, so that differential cylinders are preferably used in tight installation conditions. One object of the invention is therefore also to specify a hydraulic rear-axle steering system of the type mentioned above, which also functions when a differential cylinder is used.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object is achieved by the features of claim 1. Advantageous configurations can be found in the dependent claims.

Bei einem hydraulischem Lenksystem der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lenkzylinder ein über einen Aktuator betätigbares Schaltelement aufweist, welches zwischen einer ersten Schaltposition, einer Neutralposition und einer zweiten Schaltposition verstellbar ist, wobei das Schaltelement derart ausgebildet ist, dass außerhalb der Mittelstellung des Kolbens eine Verstellung des Schaltelements aus der ersten und aus der zweiten Schaltposition heraus blockiert ist und die Ventilanordnung mit dem Schaltelement zur wechselweisen Entlastung jeweils einer der Arbeitsräume zum Tank hin mechanisch gekoppelt ist.In a hydraulic steering system of the type mentioned at the outset, the invention provides that the steering cylinder has a switching element that can be actuated via an actuator and that can be adjusted between a first switching position, a neutral position and a second switching position, with the switching element being designed in such a way that outside the central position of the Piston an adjustment of the switching element from the first and from the second switching position is blocked and the valve arrangement is mechanically coupled to the switching element for alternately relieving one of the working spaces towards the tank.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass im aktuellen Zustand des Schaltelements der Lenkzustand des Hydraulikzylinders, insbesondere, in welche Richtung der Kolben aus seiner Mittelstellung heraus ausgelenkt wurde, mechanisch abgespeichert ist und dieser somit zur Ansteuerung externer Ventile zur Verfügung steht. Dies ermöglicht eine äußerst robuste und betriebssichere Ansteuerung der Sicherheitsschaltung, die für eine Zentrierung der Lenkung im Fehlerfall zuständig ist.A basic idea of the invention is that in the current state of the switching element, the steering state of the hydraulic cylinder, in particular the direction in which the piston was deflected from its central position, is stored mechanically and is therefore available for controlling external valves. This enables extremely robust and reliable activation of the safety circuit, which is responsible for centering the steering in the event of a fault.

Bei dem Aktuator zur Betätigung des Schaltelements handelt es sich um ein zusätzliches, von Kolben und Kolbenstange des Lenkzylinders separates Bauteil, welches jedoch vorzugsweise in den Lenkzylinder integriert sein kann. Das Schaltelement ist ebenfalls ein separates, von der Funktion des Lenkzylinders getrenntes aber vorzugsweise in diesen integriertes Bauteil, welches unabhängig von der Kolbenstange, jedoch nur in deren Mittelposition, verstellbar ist.The actuator for actuating the switching element is an additional component that is separate from the piston and piston rod of the steering cylinder, but which can preferably be integrated into the steering cylinder. The switching element is also a separate component which is separate from the function of the steering cylinder but is preferably integrated into it and which can be adjusted independently of the piston rod, but only in its central position.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Lenksystems besteht darin, dass bei deaktivierter Lenkung eine Lenkbewegung auch dann verhindert wird, wenn durch einen technischen Fehler die Pumpe dennoch anlaufen sollte. In diesem Falle würde nämlich das von der Pumpe geförderte Hydraulikmittel über die geöffnete Entlastungsleitung direkt zum Tank zurückströmen. Wird die Lenkung außerhalb der Mittelstellung deaktiviert, so kann die Lenkung selbst bei fehlerhaft weiterlaufender Hydraulikpumpe zumindest nicht weiter ausgelenkt werden, sondern wird durch auf die Reifen wirkende äußere Rückstellkräfte zurück in die Mittellage geführt.A particular advantage of the steering system according to the invention is that when the steering is deactivated, a steering movement is also prevented if the pump should nevertheless start due to a technical error. In this case, the hydraulic medium delivered by the pump would flow back directly to the tank via the open relief line. If the steering is deactivated outside of the middle position, the steering cannot be deflected any further, even if the hydraulic pump continues to run incorrectly, but is guided back to the middle position by external restoring forces acting on the tires.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ventilanordnung ein stromlos geöffnetes Absperrventil auf, welches im Normalbetrieb der Hinterachslenkung die hydraulische Verbindung zwischen den Arbeitsräumen sperrt und zur Deaktivierung der Hinterachslenkung oder im Fehlerfall stromlos geschaltet wird und die unidirektionale hydraulische Verbindung zwischen den Arbeitsräumen freigibt.In a preferred embodiment, the valve arrangement has a normally open shut-off valve which blocks the hydraulic connection between the working chambers during normal operation of the rear-axle steering and is de-energized to deactivate the rear-axle steering or in the event of a fault and releases the unidirectional hydraulic connection between the working chambers.

Das Absperrventil kann einerseits zur Deaktivierung über ein Steuergerät stromlos geschaltet und somit geöffnet werden, wenn eine Deaktivierung der Hinterachslenkung beispielsweise bei höheren Geschwindigkeiten gewünscht ist, anderseits wird die Sicherheitsschaltung zur Zentrierung der Hinterachslenkung bei einem Defekt, der zu einem Ausfall der Stromversorgung führt, automatisch aktiviert, indem das Absperrventil selbsttätig öffnet.On the one hand, the shut-off valve can be de-energized via a control unit and thus opened if deactivation of the rear-axle steering is desired, for example at higher speeds, on the other hand the safety circuit for centering the rear-axle steering is automatically activated in the event of a defect that leads to a power failure by the shut-off valve opening automatically.

Zweckmäßigerweise umfasst die Ventilanordnung zwei wechselweise entsperrbare Ventile, die in je einer von jeweils einem der Arbeitsräume zu dem Tank führenden Entlastungsleitung angeordnet sind. Die Ventilanordnung bewirkt in diesem Fall eine wahlweise Freischaltung der Entlastungsleitungen.The valve arrangement expediently comprises two alternately releasable valves, which are each arranged in a relief line leading from one of the working chambers to the tank. In this case, the valve arrangement causes the relief lines to be selectively activated.

Die Entlastungsleitungen können vorzugsweise zu dem Absperrventil und von dort weiter zu dem Tank führen. Hierbei können die Entlastungsleitungen insbesondere über in Richtung Tank öffnende Rückschlagventile oder über ein Wechselventil mit dem Absperrventil verbunden sein. Diese verhindern, dass Hydraulikflüssigkeit von einem Arbeitsraum statt zum Tank in Richtung des anderen Arbeitsraums fließen kann. Mit anderen Worten sorgen Rückschlagventile bzw. ein Wechselventil dafür, dass keine direkte Verbindung zwischen den Arbeitsräumen besteht.The relief lines can preferably lead to the shut-off valve and from there to the tank. In this case, the relief lines can be connected to the shut-off valve in particular via check valves opening in the direction of the tank or via a shuttle valve. These prevent hydraulic fluid from being able to flow from one working space in the direction of the other working space instead of to the tank. In other words, check valves or a shuttle valve ensure that there is no direct connection between the working spaces.

Wird einer der Arbeitsräume zur Deaktivierung zum Tank hin entlastet, so kann der Kolben in den betreffenden Arbeitsraum einfahren und die dort vorhandene Hydraulikflüssigkeit verdrängen. In den anderen Arbeitsraum kann dann, insbesondere über ein zum Tank hin sperrendes weiteres Rückschlagventil, Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank angesaugt werden, um einen dort anderenfalls auftretenden Unterdruck auszugleichen. Die zum Tank führende Leitung mit dem zum Tank hin sperrenden Rückschlagventil kann insbesondere in eine zur Pumpe führende Druckleitung einmünden, über die bei entsprechender Lenkbetätigung auch Hydraulikmittel in Richtung des betreffenden Arbeitsraums gefördert würde.If one of the working spaces is relieved towards the tank for deactivation, the piston can move into the relevant working space and displace the hydraulic fluid present there. Hydraulic fluid can then be sucked out of the tank into the other working chamber, in particular via a further non-return valve blocking the tank, in order to compensate for a negative pressure that would otherwise occur there. The line leading to the tank with the non-return valve blocking the tank can in particular open into a pressure line leading to the pump, via which hydraulic medium would also be conveyed in the direction of the working chamber in question with a corresponding steering actuation.

Bei einer besonderen Ausgestaltung umfasst die Ventilanordnung zwei mechanisch entsperrbare Rückschlagventile, wobei ein erstes der Rückschlagventile von dem Aktuator entsperrt geschaltet wird, wenn das Schaltelement in die erste Schaltposition verstellt wird und ein zweites der Rückschlagventile von dem Aktuator entsperrt geschaltet wird, wenn das Schaltelement in die zweite Schaltposition verstellt wird. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher und ausfallsicherer Aufbau. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn die mechanisch entsperrbaren Rückschlagventile in den Lenkzylinder baulich integriert sind. Dies führt nicht nur zu einem besonders kompakten Aufbau, sondern erhöht auch die Ausfallsicherheit, da die empfindlichen Ventile integriert in dem Lenkzylinder vor äu-ßeren mechanischen Einflüssen und Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz geschützt sind.In a particular embodiment, the valve arrangement comprises two mechanically pilot-operated check valves, with a first of the check valves being switched to be unblocked by the actuator when the switching element is moved to the first switching position and a second of the check valves being switched to be unblocked by the actuator when the switching element is in the second switching position is adjusted. This results in a particularly simple and fail-safe design. It is particularly preferred here if the mechanically releasable check valves are structurally integrated into the steering cylinder. This not only leads to a particularly compact design, but also increases reliability, since the sensitive valves integrated in the steering cylinder are protected against external mechanical influences and the ingress of moisture and dirt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Lenkzylinder eine mechanische Sperrvorrichtung auf, die den Kolben bei Erreichen der Mittelstellung gegenüber dem Lenkzylinder arretiert. Hierzu umfasst die Sperrvorrichtung ein mit dem Schaltelement verbundenes Verriegelungselement und mindestens ein Sperrglied, wobei das Sperrglied in seiner Sperrstellung von dem Verriegelungselement in einer Einrastposition gehalten wird und das Verriegelungselement in der ersten und der zweiten Schaltposition das Sperrglied jeweils freigibt und in der Neutralposition das Sperrglied in der Einrastposition hält.In a preferred development of the invention, the steering cylinder has a mechanical locking device that locks the piston in relation to the steering cylinder when it reaches the center position. For this purpose, the locking device comprises a locking element connected to the switching element and at least one locking element, the locking element being held in its locking position by the locking element in a latching position and the locking element releasing the locking element in the first and the second switching position and the locking element in the neutral position the locked position.

Somit dient das in den Lenkzylinder integrierte Schaltelement nicht nur dazu, die Ventilanordnung sicher und zuverlässig zu schalten, sondern bewirkt gleichzeitig noch eine Verriegelung des Kolbens in der Mittelstellung, sodass der Lenkzylinder im Fehlerfalle selbst bei komplettem Verlust des Hydraulikmediums zuverlässig im sicheren Ausfallzustand verbleibt. Durch die mechanische Arretierung des Kolbens in Mittelstellung ist das Lenksystem robust gegen Defekte an Hydraulikleitungen, bei denen Hydraulikflüssigkeit austreten und Luft angesaugt werden kann. Selbst bei einem Ölverlust durch Versagen von Dichtungen im Lenkzylinder kann die sichere Neutralposition erreicht und sicher beibehalten werden.The switching element integrated in the steering cylinder not only serves to switch the valve arrangement safely and reliably, but also causes the piston to be locked in the middle position, so that the steering cylinder reliably remains in the safe failure state in the event of a fault, even if there is a complete loss of hydraulic medium. Due to the mechanical locking of the piston in the central position, the steering system is robust against defects in hydraulic lines where hydraulic fluid can escape and air can be sucked in. Even in the event of oil loss due to seal failure in the steering cylinder, the safe neutral position can be reached and maintained safely.

Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine Verstellung des Schaltelements außerhalb der Mittelstellung des Kolbens durch das in seiner den Kolben freigebenden Stellung befindliche Sperrglied blockiert wird. Eine Blockierung des Schaltelements außerhalb der Mittelstellung erfolgt somit durch denselben Rastmechanismus, welcher in der Mittelstellung den Kolben arretiert.It can be provided in particular that an adjustment of the switching element outside of the middle position of the piston is blocked by the blocking member located in its position releasing the piston. A blocking of the switching element outside of the central position is thus effected by the same latching mechanism that locks the piston in the central position.

Grundsätzlich können als Sperrelemente unterschiedliche Arten von Sperrkörpern eingesetzt werden, wie etwa Klinken, Rasten, Rollen, Segmentkörper, Keile, etc. und sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit umfasst. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch als Sperrglied eine Mehrzahl umfangsverteilt angeordneter Kugeln vorgesehen, die in eine Ringnut an der Kolbenstange einrasten. Die Ausbildung der Sperrvorrichtung als Kugelgesperre führt zu einer besonders robusten Anordnung, bei der insbesondere Fehlfunktionen durch Verklemmen einzelner Sperrglieder weitgehend ausgeschlossen sind.In principle, different types of locking bodies can be used as locking elements, such as pawls, detents, rollers, segmented bodies, wedges, etc., and are included within the scope of the present invention. In a preferred embodiment, however, a plurality of circumferentially distributed balls are provided as a locking member, which engage in an annular groove on the piston rod. The design of the locking device as a ball locking mechanism leads to a particularly robust arrangement in which, in particular, malfunctions due to jamming of individual locking elements are largely ruled out.

Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Lenkzylinders erforderliche Aktuator kann grundsätzlich in beliebiger Weise ausgebildet werden, beispielsweise als elektromagnetisch betätigter oder pneumatisch betätigter Aktuator. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Aktuator jedoch als hydraulisch betätigter Aktuator mit zwei Druckräumen und einem dazwischen beweglich gelagerten Hilfskolben ausgebildet, wobei das Schaltelement durch Druckbeaufschlagung einer der Druckräume verstellt wird. Die Betätigung des Schaltelements kann somit druckgesteuert erfolgen, wobei die Ansteuerung insbesondere über den Hydraulikdruck erfolgen kann, mit dem der Lenkzylinder ausgelenkt wird.The actuator required within the framework of the steering cylinder according to the invention can in principle be designed in any way, for example as an electromagnetically actuated or pneumatically actuated actuator. In a particularly preferred embodiment, however, the actuator is designed as a hydraulically actuated actuator with two pressure chambers and an auxiliary piston movably mounted between them, with the switching element being adjusted by pressurizing one of the pressure chambers. The actuation of the switching element can thus take place under pressure control, in which case the actuation can take place in particular via the hydraulic pressure with which the steering cylinder is deflected.

Bei einer Ausführungsform führt von jedem der beiden Arbeitsräume jeweils eine Rückleitung zu einem Tank und in jeder der Rückleitungen ist ein schaltbares Lasthalteventil oder ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet. Somit wird sichergestellt, dass bei Deaktivierung des Elektromotors das Hydrauliköl weiterhin in der jeweiligen Kammer des Lenkzylinders verbleibt und somit dessen Position beibehalten wird.In one embodiment, a return line leads from each of the two working chambers to a tank, and a switchable load-holding valve or a non-return valve that can be opened is arranged in each of the return lines. This ensures that when the electric motor is deactivated, the hydraulic oil remains in the respective chamber of the steering cylinder and its position is thus maintained.

Bevorzugt sind Lastehalteventile vorgesehen, die als vordruckgesteuerte Ventile ausgebildet sind, deren Steueranschluss jeweils mit einer von der Pumpe zu dem jeweils anderen Arbeitsraum führenden Druckleitung verbunden ist.Load-holding valves are preferably provided, which are designed as pre-pressure-controlled valves, the control connection of which is connected to a pressure line leading from the pump to the respective other working chamber.

Werden in den Rückleitungen von den Arbeitsräumen des Lenkzylinders zurück zum Tank vordruckgesteuerte Lasthalteventile eingesetzt, so kann über eine geeignete Wahl der Schaltdrücke des Aktuators einerseits und der Lasthalteventile andererseits eine schrittweise, sequentielle Entsperrung zunächst der Sperrvorrichtung und anschließend des Lasthalteventils zur Auslenkung des Kolbens erfolgen. Hierzu wird zweckmäßigerweise der hydraulisch betätigte Aktuator so eingestellt, dass er bei einem ersten Druckwert umsteuert und die vordruckgesteuerten Lasthalteventile werden so eingestellt, dass sie bei Anliegen eines zweiten Druckwertes am Steueranschluss öffnen, wobei der zweite Druckwert höher ist als der erste Druckwert.If pressure-controlled load-holding valves are used in the return lines from the working chambers of the steering cylinder back to the tank, a suitable selection of the switching pressures of the actuator on the one hand and the load-holding valves on the other hand can result in a gradual, sequential unlocking first of the locking device and then of the load-holding valve to deflect the piston. For this purpose, the hydraulically actuated actuator is expediently set so that it reverses at a first pressure value and the pre-pressure-controlled load-holding valves are set so that they open when a second pressure value is present at the control port, the second pressure value being higher than the first pressure value.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Lasthalteventile zusätzlich als Überdruckventile ausgebildet sind, die bei Überschreiten eines an einem mit dem jeweiligen Arbeitsraum verbundenen Mediumanschluss anliegenden dritten Druckwertes öffnen, wobei der dritte Druckwert über dem ersten und dem zweiten Druckwert liegt. Somit werden gefährliche Druckverhältnisse im Lenksystem, die zu einer Beschädigung oder einem Versagen führen könnten, vermieden. Ein gefährlicher Überdruck kann beispielsweise aufgrund einer von den Rädern auf den Lenkzylinder ausgeübten Kraft bei einer harten Bordsteinberührung auftreten. Die Überdruckentlastung über die Lasthalteventile schützt hierbei die Hydrauliklenkung vor Schäden durch Überlastung.Furthermore, it is advantageous if the load-holding valves are additionally designed as overpressure valves which open when a third pressure value applied to a medium connection connected to the respective working chamber is exceeded, the third pressure value being above the first and the second pressure value. This avoids dangerous pressure conditions in the steering system that could lead to damage or failure. Dangerous over-inflation can occur, for example, due to a force exerted by the wheels on the steering cylinder in the event of a hard curb impact. The overpressure relief via the load-holding valves protects the hydraulic steering from damage caused by overload.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe als reversierbare Pumpe ausgebildet, die zur Auslenkung des Kolbens in unterschiedliche Richtungen in entgegengesetztem Drehsinn angetrieben wird. Somit lässt sich durch einfache Umkehrung der Drehrichtung die Lenkrichtung steuern, sodass auf zusätzliche aufwändige Umschaltventile zur Steuerung des Fluidstroms verzichtet werden kann.In another preferred embodiment, the pump is designed as a reversible pump which is driven in opposite directions of rotation in order to deflect the piston in different directions. The steering direction can thus be controlled by simply reversing the direction of rotation, so that additional complex changeover valves for controlling the fluid flow can be dispensed with.

Im Rahmen der Erfindung ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass das Schaltelement mittels einer oder mehrerer Rückstellfedern in Richtung seiner Neutralposition federbelastet ist. Ohne eine externe Kraft eines Aktuators bzw. bei Ausfall desselben kehrt das Verrieglungselement somit unter Einwirkung der Rückstellfedern bei Erreichen der Mittelstellung des Kolbens selbsttätig in seine Neutralposition zurück.In the context of the invention, it is expediently provided that the switching element is spring-loaded in the direction of its neutral position by means of one or more return springs. Without an external force from an actuator or if the same fails, the locking element returns automatically to its neutral position under the action of the return springs when the piston reaches the middle position.

Im Rahmen der Erfindung kann zweckmäßigerweise ein Steuergerät zur Ansteuerung von Pumpe und Ventilanordnung zum Einsatz kommen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Steuergerät so ausgebildet ist, dass beim Ausführen einer Lenkbewegung über die Mittelstellung des Lenkzylinders hinweg bei Erreichen der Mittelstellung der Hydraulikmittelzufluss von der Pumpe kurzzeitig gedrosselt oder gestoppt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass den Sperrelementen, die außerhalb der Mittelstellung eine Verstellung des Schaltelements blockieren, in der Mittelstellung ausreichend Zeit gegeben wird, in ihre Einrastposition auszuweichen, in welcher der Kolben gesperrt, eine Verstellung des Schaltelements jedoch freigegeben ist. Eine Fehlfunktion durch Verklemmen oder Hemmung der Sperrelemente wird hierdurch vermieden.Within the scope of the invention, a control device for controlling the pump and valve arrangement can be used. It is particularly advantageous here if the control unit is designed in such a way that, when a steering movement is carried out beyond the central position of the steering cylinder, the inflow of hydraulic medium from the pump is briefly throttled or stopped when the central position is reached. This ensures that the blocking elements that block an adjustment of the switching element outside of the middle position are given sufficient time in the middle position to move into their latching position, in which the piston is blocked but an adjustment of the switching element is released. A malfunction due to jamming or obstruction of the blocking elements is thereby avoided.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigt:

1: ein Ausführungsbeispiel eines Lenkzylinders mit zugehöriger Ventilschaltung in einem in Mittelstellung arretierten Zustand,
1a den Schaltzustand der Ventilanordnung im normalen, fehlerfreien Betrieb,
2 den Lenkzylinder aus 1 in einem Lenkzustand mit eingefahrener Kolbenstange,
2a den Schaltzustand der Ventilanordnung bei Auftreten eines Fehlers im Lenkzustand wie in 2 gezeigt.
3 den Lenkzylinder aus 1 in einer Lenkstellung mit ausgefahrener Kolbenstange,
3a den Schaltzustand der Ventilanordnung bei Auftreten eines Fehlers im Lenkzustand wie in 3 gezeigt, und
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lenkzylinders und zugehöriger Ventilanordnung mit über ein Wechselventil geführten Entlastungsleitungen.

Further advantages and refinements of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the figures. It shows:

1 : an exemplary embodiment of a steering cylinder with associated valve circuit in a state locked in the middle position,
1a the switching state of the valve arrangement in normal, error-free operation,
2 the steering cylinder 1 in a steering condition with the piston rod retracted,
2a the switching state of the valve arrangement in the event of an error occurring in the steering state as in 2 shown.
3 the steering cylinder 1 in a steering position with extended piston rod,
3a the switching state of the valve arrangement in the event of an error occurring in the steering state as in 3 shown and
4 a second exemplary embodiment of a steering cylinder and associated valve arrangement with relief lines routed via a shuttle valve.

Ein Ausführungsbeispiel einer Hinterachslenkung ist schematisch in 1 dargestellt. Eine Druckversorgungseinheit 1 versorgt über einen Ventilblock 10, der wiederum eine Sicherheitsschaltung 20 beinhaltet, einen Hydraulikzylinder 30 mit Hydrauliköl. Die Druckversorgungseinheit 1 umfasst eine reversierbare Pumpe 3, die von einem elektrischen Antriebsmotor 2 angetrieben wird. Der elektrische Anschluss 4 des Antriebsmotors 2 wird über ein in 1 nicht dargestelltes Steuergerät gesteuert. Je nach Ansteuerung des Antriebsmotors 2 dreht dieser die Pumpe 3 in die eine oder andere Richtung.An embodiment of a rear-axle steering is shown schematically in 1 shown. A pressure supply unit 1 supplies a hydraulic cylinder 30 with hydraulic oil via a valve block 10, which in turn contains a safety circuit 20. The pressure supply unit 1 includes a reversible pump 3 which is driven by an electric drive motor 2 . The electrical connection 4 of the drive motor 2 is connected via an in 1 not shown control unit controlled. Depending on how the drive motor 2 is controlled, it rotates the pump 3 in one direction or the other.

Die Pumpe 3 besitzt zwei Hydraulikanschlüsse, die je nach Drehrichtung wahlweise als Saug- und als Druckanschluss arbeiten. Der Hydraulikanschluss, welcher jeweils als Sauganschluss arbeitet, saugt über ein entsprechendes Rückschlagventil 5, 6 Hydraulikmittel aus einem Tank 7 an, welches über den jeweils anderen Hydraulikanschluss der Pumpe 3 in Richtung des angeschlossenen Verbrauchers, hier also des Lenkzylinders 30 gefördert wird.The pump 3 has two hydraulic connections, which, depending on the direction of rotation, work either as a suction or as a pressure connection. The hydraulic connection, which in each case works as a suction connection, draws in hydraulic medium from a tank 7 via a corresponding check valve 5, 6, which is conveyed via the other hydraulic connection of the pump 3 in the direction of the connected load, i.e. here the steering cylinder 30.

Über entsprechende Anschlüsse P1, P2 sind die von der Pumpe 3 kommenden Hydraulikleitungen mit dem Ventilblock 10 verbunden. Jeder der Anschlüsse P1, P2 führt jeweils über eine Hydraulikleitung 11, 12 und ein Rückschlagventil 14, 16 zu einem der Druckanschlüsse 31, 32 des Lenkzylinders 30. In der Rückrichtung ist jeder der Druckanschlüsse 31, 32 des Lenkzylinders 30 über ein Lasthalteventil 15, 17 mit einer Rückführleitung 13 verbunden, die zurück in den Tank 7 führt. Die Lasthalteventile 15, 17 sind vordruckgesteuerte Ventile, deren Steuereingänge über Pilotleitungen 18, 19 über Kreuz mit der jeweils anderen Hydraulikleitung 11, 12 verbunden sind.The hydraulic lines coming from the pump 3 are connected to the valve block 10 via corresponding connections P1, P2. Each of the ports P1, P2 leads via a hydraulic line 11, 12 and a check valve 14, 16 to one of the pressure ports 31, 32 of the steering cylinder 30. In the reverse direction, each of the pressure ports 31, 32 of the steering cylinder 30 is connected via a load-holding valve 15, 17 connected to a return line 13 leading back into the tank 7. The load-holding valves 15, 17 are pre-pressure-controlled valves whose control inputs are connected via pilot lines 18, 19 crosswise to the respective other hydraulic line 11, 12.

Der Lenkzylinder 30 umfasst einen Zylinderraum mit einem darin längsbeweglich angeordneten Kolben 33a, der in eine Kolbenstange 33 übergeht. Der Kolben 33a ist gegenüber der Zylinderwand des Lenkzylinders 30 gedichtet. Eine entsprechende Kolbendichtung an sich bekannter Bauart ist hier der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Von einem Endstück 30a des Lenkzylinders 30 erstreckt sich ein Innenrohr 30b in den Zylinderraum. Kolben 33a und Kolbenstange 33 besitzen einen Hohlraum, in den das Innenrohr 30b hineinragt. Der von der Zylinderwand des Lenkzylinders 30 und der Kolbenstange 33 begrenzte Hohlraum 39 bildet einen ersten Arbeitsraum des Lenkzylinders 30, den Ringraum. Der von Zylinderwand und Kolben begrenzte Hohlraum auf der der Kolbenstange abgewandten Seite bildet zusammen mit dem Hohlraum im Inneren der Kolbenstange einen zweiten Arbeitsraum 40 des Lenkzylinders 30, den Kolbenraum. Das Innenrohr 30b weist zu diesem Zweck Perforationen auf, um einen ungehinderten Fluidausgleich innerhalb des Kolbenraums zu ermöglichen. Die beiden Arbeitsräume 39, 40 haben in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich große hydraulisch wirksame Flächen, sodass der Lenkzylinder 30 als Differentialzylinder ausgeführt ist.The steering cylinder 30 comprises a cylinder chamber with a piston 33a which is arranged in a longitudinally movable manner and which merges into a piston rod 33 . The piston 33a is sealed against the cylinder wall of the steering cylinder 30. A corresponding piston seal of a known type is not shown here for the sake of clarity. An inner tube 30b extends from an end piece 30a of the steering cylinder 30 into the cylinder chamber. Piston 33a and piston rod 33 have a cavity into which the inner tube 30b protrudes. The cavity 39 delimited by the cylinder wall of the steering cylinder 30 and the piston rod 33 forms a first working space of the steering cylinder 30, the annular space. The cavity bounded by the cylinder wall and piston on the side facing away from the piston rod forms, together with the cavity inside the piston rod, a second working chamber 40 of the steering cylinder 30, the piston chamber. For this purpose, the inner tube 30b has perforations in order to allow an unimpeded fluid equalization within the piston chamber. In this exemplary embodiment, the two working spaces 39, 40 have hydraulically active surfaces of different sizes, so that the steering cylinder 30 is designed as a differential cylinder.

Durch Druckbeaufschlagung eines der Arbeitsräume 39, 40 kann der Kolben 33a nach links oder rechts bewegt werden, wodurch die Kolbenstange 33 eingefahren oder ausgefahren wird. Ein erster Druckanschluss 31 im Endstück 30a des Lenkzylinders 30 verläuft axial durch das Innenrohr 30b bis in den Arbeitsraum 40. Ein zweiter Druckanschluss 32 ist im Bereich eines die Kolbenstange 33 dichtend umgebenden Führungsstücks des Lenkzylinders 30 angeordnet und mit dem Arbeitsraum 39 verbunden.By pressurizing one of the working spaces 39, 40, the piston 33a can be moved to the left or right, as a result of which the piston rod 33 is retracted or extended. A first pressure connection 31 in the end piece 30a of the steering cylinder 30 runs axially through the inner tube 30b into the working chamber 40. A second pressure connection 32 is arranged in the area of a guide piece of the steering cylinder 30 sealingly surrounding the piston rod 33 and is connected to the working chamber 39.

Eine technische Besonderheit des Lenkzylinders 30 bildet eine mechanische Sperrvorrichtung, die den Kolben 33a in dessen Mittelstellung, also einer Stellung, die der Geradeausstellung der Hinterachslenkung entspricht, innerhalb des Lenkzylinders 30 verrastet und damit arretiert. Hierzu liegt innerhalb des Innenrohrs 33b eine in axialer Richtung bewegliche Arretierhülse 34. Diese trägt in einem Endbereich einen als Verriegelungsraste dienenden Ringwulst 35. Als Sperrglieder dienen eine Reihe von umfangsverteilt um die Arretierhülse 34 angeordnete Kugeln 36, die in einer Ringnut 42 in der Innenseite des in der Kolbenstange 33 ausgebildeten Hohlraums 40 verrasten. Im Endbereich des Innenrohrs 30b sind hierzu die Kugeln 36 mit radialem Spiel aufgenommen In axialer Richtung greift die Arretierhülse 34 mit dem Ringwulst 35 in die im Endbereich des Innenrohrs 30b ausgebildete Kugelaufnahme ein. In 1 sind die Kugeln 36 in ihrer verrasteten Stellung gezeigt, wobei der Ringwulst 35 die Kugeln 36 in ihrer Einrastposition hält und somit als Verriegelungselement dafür sorgt, dass der Kolben 33a arretiert ist.A special technical feature of the steering cylinder 30 is a mechanical locking device that locks the piston 33a in its middle position, ie a position that corresponds to the straight-ahead position of the rear-axle steering, within the steering cylinder 30 and thus locks it. For this purpose, inside the inner tube 33b there is a locking sleeve 34 that can move in the axial direction. In one end area, this carries an annular bead 35 that serves as a locking catch engage in the piston rod 33 formed cavity 40. For this purpose, the balls 36 are received with radial play in the end region of the inner tube 30b. In the axial direction, the locking sleeve 34 engages with the annular bead 35 in the ball receptacle formed in the end region of the inner tube 30b. In 1 the balls 36 are shown in their latched position, with the annular bead 35 holding the balls 36 in their latched position and thus, as a locking element, ensuring that the piston 33a is arrested.

Um eine Bewegung des Kolbens 33a einzuleiten, muss die Sperrvorrichtung entsperrt werden. Hierzu kann die Arretierhülse 34, die als Stellelement für die von dem Ringwulst 35 gebildeten Verriegelungsraste dient, in 1 nach links oder rechts verstellt werden, sodass die Kugeln 36 aus ihrer Sperrstellung entweder auf die rechte oder die linke Seite des Ringwulstes 35 ausweichen können. In 2 ist die Situation gezeigt, dass die Arretierhülse 34 zum Einfahren der Kolbenstange 33 in der Zeichnungsebene nach links verstellt ist, sodass die Sperrkugeln 36 auf die rechte Seite der Verriegelungsraste 35 ausweichen können. Da die Sperrkugeln 36 nun nicht mehr in die Ringnut 42 eingreifen, kann der Kolben 33a durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 39 in der Zeichnungsebene nach links bewegt und somit die Kolbenstange 33 eingefahren werden.In order to initiate movement of the piston 33a, the locking device must be unlocked. For this purpose, the locking sleeve 34, which serves as an actuating element for the locking catch formed by the annular bead 35, in 1 be adjusted to the left or right, so that the balls 36 can escape from their locked position either on the right or the left side of the annular bead 35. In 2 the situation is shown that the locking sleeve 34 for retracting the piston rod 33 is adjusted to the left in the plane of the drawing, so that the locking balls 36 can move to the right side of the locking catch 35. Since the locking balls 36 no longer engage in the annular groove 42, the piston 33a can be moved to the left in the plane of the drawing by pressurizing the working chamber 39, and the piston rod 33 can thus be retracted.

In 3 ist die umgekehrte Situation gezeigt, in der die Arretierhülse 34 in der Zeichnungsebene nach rechts verstellt wurde, um die Kolbenstange 33 nach rechts auszufahren. Die Sperrkugeln 36 können somit auf die linke Seite der Verrieglungsraste 35 ausweichen und geben somit die Ringnut 42 frei, sodass die Kolbenstange 33 nach rechts verstellt werden kann.In 3 the reverse situation is shown, in which the locking sleeve 34 has been adjusted to the right in the plane of the drawing in order to extend the piston rod 33 to the right. The locking balls 36 can thus move to the left side of the locking catch 35 and thus release the annular groove 42 so that the piston rod 33 can be adjusted to the right.

Wesentlich hierbei ist, dass sobald die Sperrkugeln 36 aus ihrer Sperrstellung, also dem Eingriff in die Ringnut 42, herausbewegt wurden und die Kolbenstange 33 sich nicht mehr in ihrer Mittelstellung befindet, die Verriegelungsraste 35 in ihrer nach links oder rechts verstellten Position eingerastet ist, da die Sperrkugeln nicht mehr nach außen in den Bereich der Ringnut 42 ausweichen können. Folglich kann in dieser Position die Arretierhülse 34 nicht mehr bewegt werden. Somit speichert die Auslenkung der Arretierhülse 34 auf mechanische Weise den Auslenkungszustand des Lenkzylinders 30. Der Auslenkungszustand der Arretierhülse 34 kann wiederum zur Ansteuerung der Sicherheitsschaltung 20 genutzt werden, welche dazu dient, durch Entlastung eines der Arbeitsräume 39, 40 eine Rückbewegung des Kolbens 33a in Richtung seiner Mittelstellung innerhalb des Lenkzylinders 30 zu ermöglichen.It is essential here that as soon as the locking balls 36 have been moved out of their locking position, i.e. the engagement in the annular groove 42, and the piston rod 33 is no longer in its central position, the locking catch 35 has engaged in its left or right position, since the locking balls can no longer move outwards into the area of the annular groove 42. Consequently, the locking sleeve 34 can no longer be moved in this position. Thus, the deflection of the locking sleeve 34 mechanically stores the deflection state of the steering cylinder 30. The deflection state of the locking sleeve 34 can in turn be used to control the safety circuit 20, which serves to relieve the load one of the working spaces 39, 40 to enable a return movement of the piston 33a towards its central position within the steering cylinder 30.

Die Betätigung der Arretierhülse 34 und damit eine Entriegelung des Kolbens 33a erfolgt über einen vordruckgesteuerten Aktuator, der in das Endstück 33a des Lenkzylinders 30 integriert ist. Der Aktuator wird durch zwei Druckräume 37, 38 gebildet, die von einem beweglich gelagerten Hilfskolben 45 getrennt werden. Über entsprechende Steueranschlüsse 37', 38' können die Druckräume 37, 38 wahlweise mit einem Steuerdruck druckbeaufschlagt werden, um den Hilfskolben 45 in die eine oder andere Richtung zu verstellen. Der Hilfskolben 45 ist wiederum mit der Arretierhülse 34 verbunden, um diese in deren erste oder zweite Entsperrposition zu verstellen. Rückstellfedern im Inneren der Druckräume 37, 38 sorgen dafür, dass der Hilfskolben 45 im drucklosen Zustand eine Rückstellkraft in Richtung seiner Neutralstellung erfährt. Sobald die Kolbenstange 33 ihre Mittelposition erreicht und die Sperrkugeln 36 in Eingriff mit der Ringnut 42 gelangen und somit die Verriegelungsraste 35 freigeben, wird der Hilfskolben 45 unter der Krafteinwirkung der Rückstellfedern in seine Neutralstellung geführt. Zusätzlich kann über einen hier nicht gezeigten berührungslosen Sensor die Position des Hilfskolbens 45 überwacht und an ein Steuergerät gemeldet werden.The actuation of the locking sleeve 34 and thus an unlocking of the piston 33a takes place via a pre-pressure-controlled actuator which is integrated into the end piece 33a of the steering cylinder 30. The actuator is formed by two pressure chambers 37, 38 which are separated by a movably mounted auxiliary piston 45. The pressure chambers 37, 38 can optionally be pressurized with a control pressure via corresponding control connections 37', 38' in order to adjust the auxiliary piston 45 in one direction or the other. The auxiliary piston 45 is in turn connected to the locking sleeve 34 in order to move it into its first or second unlocking position. Restoring springs inside the pressure chambers 37, 38 ensure that the auxiliary piston 45 is subjected to a restoring force in the direction of its neutral position in the pressureless state. As soon as the piston rod 33 reaches its central position and the locking balls 36 engage with the annular groove 42 and thus release the locking catch 35, the auxiliary piston 45 is guided into its neutral position under the force of the return springs. In addition, the position of the auxiliary piston 45 can be monitored and reported to a control unit via a non-contact sensor (not shown here).

Soll nun ausgehend von der in 1 gezeigten Mittelstellung eine Auslenkung des Kolbens nach links zum Einfahren der Kolbenstange 33a erfolgen, so wird über entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 2 über die Pumpe 3 Druck in der Leitung 12 aufgebaut, die über das Rückschlagventil 16 mit dem Druckanschluss 32 verbunden ist, welcher mit dem Arbeitsraum 39 verbunden ist. Vor dem Rückschlagventil 16 zweigt eine Steuerleitung 19 ab, die einerseits mit dem Steueranschluss 37', andererseits mit dem Steueranschluss des Lasthalteventils 15 verbunden ist, welches sich in der vom entgegengesetzten Arbeitsraum 40 zum Tank 7 führenden Rückleitung 13 befindet. Nachdem nun in der Leitung 19 ein Vordruck aufgebaut wird, bewegt der Aktuator durch Druckbeaufschlagung des Druckraums 37 zunächst den Hilfskolben 45 und damit die Arretierhülse 34 nach links, sodass die Sperrkugeln 36 auf die rechte Seite der Verriegelungsraste 35 ausweichen können. Die Sperrvorrichtung gibt somit den Kolben 33a frei, sodass durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsraumes 39 der Kolben 33a nach links bewegt und die Kolbenstange eingefahren werden kann. Der entsprechende Zustand ist in 2 dargestellt.Should now starting from the in 1 middle position shown, the piston is deflected to the left to retract the piston rod 33a, then by appropriate activation of the electric motor 2 via the pump 3, pressure is built up in the line 12, which is connected via the check valve 16 to the pressure port 32, which is connected to the working chamber 39 is connected. A control line 19 branches off in front of the check valve 16 and is connected on the one hand to the control port 37 ′ and on the other hand to the control port of the load-holding valve 15 , which is located in the return line 13 leading from the opposite working chamber 40 to the tank 7 . Now that an admission pressure has been built up in the line 19, the actuator first moves the auxiliary piston 45 and thus the locking sleeve 34 to the left by pressurizing the pressure chamber 37, so that the locking balls 36 can move to the right side of the locking catch 35. The blocking device thus releases the piston 33a so that the piston 33a can be moved to the left by pressurizing the working chamber 39 and the piston rod can be retracted. The corresponding state is in 2 shown.

Im umgekehrten Fall, in dem die Kolbenstange 33 ausgefahren werden soll, wird über die Druckversorgungseinheit 1 Hydraulikdruck in der Leitung 11 aufgebaut. Somit wird über die Vordruckleitung 18 Druck in dem Druckraum 38 des Aktuators aufgebaut, sodass der Hilfskolben 45 und mit ihm die Arretierhülse 34 nach rechts verstellt wird. Die Kugeln 36 können somit auf die linke Seite der Verriegelungsraste 35 ausweichen. Über den Vordruck in der Leitung 18 wird außerdem das Lasthalteventil 17 entsperrt, sodass Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 39 in den Tank verdrängt werden kann. Nachdem das Rückschlagventil 14 öffnet, baut sich Hydraulikdruck im Arbeitsraum 40 auf, sodass die Kolbenstange ausfährt.In the opposite case, in which the piston rod 33 is to be extended, hydraulic pressure is built up in the line 11 via the pressure supply unit 1 . Pressure is thus built up in the pressure chamber 38 of the actuator via the admission pressure line 18, so that the auxiliary piston 45 and with it the locking sleeve 34 are adjusted to the right. The balls 36 can thus deviate to the left side of the locking catch 35. The load-holding valve 17 is also released via the form in the line 18, so that hydraulic fluid can be displaced from the working chamber 39 into the tank. After the check valve 14 opens, hydraulic pressure builds up in the working chamber 40 so that the piston rod extends.

Die Vordrücke, bei denen der Aktuator, die Lasthalteventile 15, 17 sowie die Rückschlagventile 14, 16 öffnen können so eingestellt werden, dass der Reihe nach zunächst eine Entsperrung der Verriegelungseinrichtung erfolgt, anschließend das Lasthalteventil 15, 17 des gegenüberliegenden Arbeitsraums 40, 39 geöffnet wird und sich schließlich das zum Arbeitsraum 39, 40 führende Rückschlagventil 14, 16 öffnet. Beispielsweise kann die hydraulische Lenkung für einen maximalen Hydraulikdruck von 200 bar ausgelegt sein. Beispielhaft kann vorgesehen sein, dass bei einem Vordruck von 20 bar an einem der Anschlüsse 37', 38' der Aktuator ausgelenkt und somit die Sperrvorrichtung entsperrt wird. Bei einem beispielhaften Vordruck von 40 bar öffnet das gegenüberliegende Lasthalteventil 15, 17, sodass der Kolben 33a des nun entsperrten Lenkzylinders 30 ausgelenkt wird.The initial pressures at which the actuator, the load-holding valves 15, 17 and the check valves 14, 16 open can be set so that the locking device is first unlocked in sequence, and then the load-holding valve 15, 17 of the opposite working chamber 40, 39 is opened and finally the check valve 14, 16 leading to the working chamber 39, 40 opens. For example, the hydraulic steering can be designed for a maximum hydraulic pressure of 200 bar. For example, it can be provided that the actuator is deflected and the locking device is thus unlocked when there is an admission pressure of 20 bar at one of the connections 37′, 38′. With an exemplary admission pressure of 40 bar, the opposing load-holding valve 15, 17 opens, so that the piston 33a of the steering cylinder 30, which is now unlocked, is deflected.

Die Lasthalteventile 15, 17 wirken zudem als Überdruckventile, indem sie bei Druckspitzen von über 200 bar in einem der Arbeitsräume 39, 40 öffnen und den Überdruck in Richtung Tank 7 entlasten. Ein solcher Überdruck kann beispielsweise aufgrund einer von den Rädern auf den Lenkzylinder 30 ausgeübten Kraft bei einer harten Bordsteinberührung auftreten. Die Überdruckentlastung über die Lasthalteventile 15, 17 schützt hierbei die Hydrauliklenkung vor Schäden durch Überlastung.The load-holding valves 15, 17 also act as pressure relief valves by opening at pressure peaks of over 200 bar in one of the working spaces 39, 40 and relieving the excess pressure in the direction of the tank 7. Such an overpressure can occur, for example, due to a force exerted by the wheels on the steering cylinder 30 when the curb is hit hard. The overpressure relief via the load-holding valves 15, 17 protects the hydraulic steering from damage caused by overload.

Im Fehlerfalle muss eine Deaktivierung der Hinterachslenkung und Zentrierung in Geradeausstellung erfolgen. Auch bei schneller Vorwärtsfahrt kann es vorteilhaft sein, die Hinterachslenkung zu deaktivieren und in Mittelstellung zu arretieren, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten zu stabilisieren. Hierzu dient die Sicherheitsschaltung 20, deren Funktion nachfolgend anhand der 1a, 2a, 3a erläutert wird.In the event of an error, the rear axle steering must be deactivated and centered in the straight-ahead position. It can also be advantageous to deactivate the rear-axle steering and lock it in the central position when driving fast forwards in order to stabilize the vehicle's handling at high speeds. For this purpose, the safety circuit 20, the function of which is based on the 1a , 2a , 3a is explained.

Die Sicherheitsschaltung 20 ermöglicht eine wechselweise Entlastung eines der Arbeitsräume 39, 40 in Richtung zum Tank 7 hin. Die Sicherheitsschaltung 20 umfasst zwei in parallelen Leitungsabschnitten angeordnete Rückschlagventile 25, 26, die jeweils in Richtung Tank öffnen, also einen Fluidstrom in zum Tank 7 freigeben. In Reihe mit den beiden parallel geschalteten Rückschlagventilen 25, 26 ist ein stromlos geöffnetes Absperrventil 27 angeordnet. Wird dessen Magnetspule 28 bestromt, so ist das Magnetventil 27, welches als beiderseitig sitzdicht ausgeführtes Hydraulikventil realisiert ist, im Zustand geschlossen. Die Rückschlagventile 25, 26 verhindern, dass Hydraulikflüssigkeit aus dem einen Arbeitsraum in Richtung des anderen strömen kann.The safety circuit 20 enables one of the working spaces 39 , 40 to be relieved alternately in the direction of the tank 7 . The safety circuit 20 includes two check valves 25 , 26 arranged in parallel line sections, which each open in the direction of the tank, ie release a flow of fluid into the tank 7 . In line with the at The check valves 25, 26 connected in parallel have a normally open shut-off valve 27 arranged. If its magnet coil 28 is energized, then the magnet valve 27, which is implemented as a hydraulic valve that is seat-tight on both sides, is in the closed state. The check valves 25, 26 prevent hydraulic fluid from being able to flow from one working chamber in the direction of the other.

Anstelle von zwei Rückschlagventilen 25, 26 kann auch, wie in 4 gezeigt, ein Wechselventil 41 eingesetzt werden, über das die beiden Entlastungsleitungen mit dem Absperrventil 27 verbunden sind. Ein Wechselventil ist ein pneumatisches oder hydraulisches Ventil mit zwei Eingängen und einem Ausgang. Das Wechselventil stellt die technische Umsetzung einer nicht-ausschließenden ODER-Verknüpfung im Bereich der Pneumatik und Hydraulik dar. Das Wechselventil besteht aus einem Gehäuse mit zwei Eingangsanschlüssen, einem Ausgangsanschluss und einem meist kugelförmigen Schaltkörper. Das Wechselventil hat somit nur zwei definierte Schaltstellungen. In jeder davon wird immer ein Eingang vom Schaltkörper gesperrt, sodass ein Hydraulikfluss zwischen den Eingängen unterbunden ist.Instead of two check valves 25, 26, as in 4 shown, a shuttle valve 41 can be used, via which the two relief lines are connected to the shut-off valve 27 . A shuttle valve is a pneumatic or hydraulic valve with two inputs and one output. The shuttle valve represents the technical implementation of a non-exclusive OR link in the field of pneumatics and hydraulics. The shuttle valve consists of a housing with two input ports, one output port and a mostly spherical switching body. The shuttle valve thus has only two defined switching positions. In each of these, one input is always blocked by the switching body, so that hydraulic flow between the inputs is prevented.

In einem Fehlerfalle, beispielsweise bei Ausfall der Stromversorgung, öffnet das Magnetventil 27 und aktiviert somit die Sicherheitsschaltung 20. In Abhängigkeit des Auslenkungszustandes der Arretierhülse 34 wird nun ein Fluidstrom entweder über das Rückschlagventil 25 oder über das parallele Rückschlagventil 26 freigegeben.In the event of a fault, for example if the power supply fails, the solenoid valve 27 opens and thus activates the safety circuit 20. Depending on the deflection state of the locking sleeve 34, a fluid flow is now released either via the check valve 25 or via the parallel check valve 26.

Hierzu sind zwei mechanisch entsperrbare Rückschlagventile 43, 44 vorgesehen, über die wechselweise eine der beiden Entlastungsleitungen in Richtung Tank freigegeben werden kann. Die Entsperrung der Ventile erfolgt direkt durch den Hilfskolben 45 bei einer Auslenkung in die eine oder andere Richtung. Die entsperrbaren Rückschlagventile 43, 44 sind hierbei als separate Bauteile gezeichnet, können jedoch vorzugsweise direkt in das Endstück 30a des Lenkzylinders 30 integriert werden. Durch Entsperrung jeweils eines der Rückschlagventile 43, 44 über den Hilfskolben 45 des Aktuators wird eine der beiden Entlastungsleitungen über die Rückschlagventile 25, 26 freigegeben. Alternativ zu den zwei mechanisch entsperrbaren Rückschlagventilen 43, 44 bei kann natürlich auch ein Umschaltventil vorgesehen sein.For this purpose, two mechanically releasable check valves 43, 44 are provided, via which one of the two relief lines in the direction of the tank can be released alternately. The valves are unlocked directly by the auxiliary piston 45 when deflected in one direction or the other. The releasable check valves 43, 44 are shown here as separate components, but can preferably be integrated directly into the end piece 30a of the steering cylinder 30. By releasing one of the check valves 43, 44 via the auxiliary piston 45 of the actuator, one of the two relief lines is released via the check valves 25, 26. As an alternative to the two mechanically releasable check valves 43, 44, a switching valve can of course also be provided.

Eine Entsperrung eines der Rückschlagentile 43, 44 erfolgt druckgesteuert über die Steuerleitungen 23 oder 24, die jeweils mit den Steuerleitungen 18 bzw. 19 verbunden sind. Die Rückschlagventile sind mit der Arretierhülse 34 mechanisch verbunden, derart, dass in der in 2 gezeigten Auslenkung des Kolbens 33a das zum Ringraum 39 führende Rückschlagventil 43 entsperrt, während das andere Rückschlagventil 44 geschlossen bleibt und in der in 3 gezeigten Auslenkung des Kolbens 33a in umgekehrter Weise das zum Kolbenraum 40 führende Rückschlagventil 44 entsperrt, während das Rückschlagventil 43 geschlossen bleibt. Hierbei entspricht der Entsperrzustand der Ventile 43, 44 stets der mechanisch gespeicherten Stellung der Arretierhülse 34. Ist die Arretierhülse 34 durch die Sperrkugeln 36 blockiert, so bleiben die Rückschlagventile 43, 44 in ihrer zuvor eingenommenen Stellung. Eine Umschaltung der Rückschlagventile 43, 44 kann daher nur in der Mittelstellung des Kolbens erfolgen, wenn die Sperrkugeln in die Ringnut 42 ausweichen können.One of the check valves 43, 44 is unlocked in a pressure-controlled manner via the control lines 23 or 24, which are each connected to the control lines 18 or 19, respectively. The check valves are mechanically connected to the locking sleeve 34 in such a way that in 2 shown deflection of the piston 33a the leading to the annular space 39 check valve 43 unlocked, while the other check valve 44 remains closed and in the in 3 shown deflection of the piston 33a in the reverse manner leading to the piston chamber 40 check valve 44 is unlocked, while the check valve 43 remains closed. The unlocked state of the valves 43, 44 always corresponds to the mechanically stored position of the locking sleeve 34. If the locking sleeve 34 is blocked by the locking balls 36, the check valves 43, 44 remain in their previously assumed position. The check valves 43, 44 can therefore only be switched over when the piston is in the middle position, when the locking balls can escape into the annular groove 42.

In 1a ist der Normalbetrieb des Lenksystems gezeigt. Das Ventil 27 ist durch Bestromung der Spule 28 geschlossen. In der zugehörigen 1 befindet sich der Kolben 33a in Mittelstellung. Dementsprechend sind auch die Rückschlagventile 43, 44 in der nicht entsperrten Neutralstellung, in der beide Leitungsabschnitte zu den Rückschlagventilen 25, 26 versperrt sind.In 1a the normal operation of the steering system is shown. The valve 27 is closed when the coil 28 is energized. In the associated 1 the piston 33a is in the central position. Accordingly, the check valves 43, 44 are in the unlocked neutral position, in which both line sections to the check valves 25, 26 are blocked.

2a betrifft den in 2 gezeigten Auslenkungszustand des Lenkzylinders bei eingefahrener Kolbenstange 33. Es sei nun angenommen, dass in diesem Zustand ein Fehler auftritt und die Lenkung in Mittelstellung arretiert werden soll. Hierzu wird die Spule 28 des Magnetventils 27 stromlos geschaltet, sodass das Magnetventil 27 in die in 2a gezeigte Öffnungsstellung übergeht. Hierdurch wird ein Strömungsweg über eines der Rückschlagventile 25, 26 freigegeben. 2 entspricht der Situation, dass die Kolbenstange 33 aus der Mittelstellung nach links bewegt, also eingefahren würde. Die Sperrkugeln 36 befinden sich daher auf der rechten Seite der Verriegelungsraste 35. 2a concerns the in 2 shown deflection state of the steering cylinder with retracted piston rod 33. It is now assumed that an error occurs in this state and the steering should be locked in the middle position. For this purpose, the coil 28 of the solenoid valve 27 is de-energized so that the solenoid valve 27 switches to the in 2a shown open position passes. As a result, a flow path via one of the check valves 25, 26 is released. 2 corresponds to the situation in which the piston rod 33 is moved from the middle position to the left, that is to say would be retracted. The locking balls 36 are therefore located on the right side of the locking catch 35.

In den 1a, 2a und 3a ist ergänzend der Hilfskolben 45 dargestellt, der je nach Stellung beispielsweise über einen hier gezeigten Nocken die Rückschlagventile 43, 44 durch Zurückdrücken der betreffenden Sperrkörper entsperrt. In der in 2a abgebildeten Stellung ist das Rückschlagventil 43 durch den Hilfskolben 45 entsperrt. Dementsprechend befindet sich das Rückschlagventil 43 in der Stellung, in der bei geöffnetem Ventil 27 der Strömungsweg vom Ringraum 39 zum Tank 7 hin über das Rückschlagventil 26 freigegeben ist, welches wiederum durch Einwirkung äußerer Kräfte von den Rädern auf den Lenkzylinder 30 öffnet und somit eine Rückstellbewegung des Lenkzylinders 30 in dessen Mittelstellung freigibt.In the 1a , 2a and 3a the auxiliary piston 45 is additionally shown, which, depending on the position, unlocks the check valves 43, 44, for example via a cam shown here, by pushing back the relevant blocking body. in the in 2a shown position, the check valve 43 is unlocked by the auxiliary piston 45. Accordingly, the non-return valve 43 is in the position in which, when the valve 27 is open, the flow path from the annular space 39 to the tank 7 is released via the non-return valve 26, which in turn opens due to the effect of external forces from the wheels on the steering cylinder 30 and thus a return movement of the steering cylinder 30 releases in its central position.

Die umgekehrte Situation ist in 3a dargestellt. Entsprechend 3 wurde die Kolbenstange 33 aus ihrer Mittellage nach rechts bewegt und somit ausgefahren. Die Sperrhülse 34 wurde, um diese Ausfahrbewegung zu ermöglichen, in ihre rechte Entsperrposition bewegt, sodass die Sperrkugeln 36 auf die linke Seite der Verriegelungsraste 35 ausgewichen sind. Das Rückschlagventil 44 befindet sich somit in der in 3a gezeigten Entsperrstellung, in welcher bei geöffnetem Ventil 27 der Strömungspfad vom Kolbenraum 40 zum Tank 7 über das Rückschlagventil 25 freigegeben ist. Äußere Kräfte auf die Räder bewirken somit eine Rückbewegung der Kolbenstange 33 in die Mittelstellung.The opposite situation is in 3a shown. Corresponding 3 the piston rod 33 was moved from its central position to the right and thus extended. The locking sleeve 34 has been moved to its right to allow this extension movement Unlocking position moves so that the locking balls 36 are dodged to the left side of the locking catch 35. The check valve 44 is thus in the in 3a unlocked position shown, in which, with the valve 27 open, the flow path from the piston chamber 40 to the tank 7 is released via the check valve 25 . External forces on the wheels thus cause the piston rod 33 to return to the central position.

Zusammenfassend bewirkt die Reihenschaltung aus den Ventilen 43 bzw. 44, 27 und 25 bzw. 26, dass Hydraulikflüssigkeit aus dem einen Arbeitsraum in Richtung Tank verdrängt werden kann, während über die Rückschlagventile 5 und 14 bzw. 6 und 16 Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank in den anderen Arbeitsraum nachgesaugt werden kann, und zwar exakt so lange, bis die Kolbenstange 33 die Verriegelungsposition erreicht hat und die Arretierhülse 34 aufgrund der Federkraft in den Kammern 37 bzw. 38 in die Mittelposition zurückbewegt wird. Dabei werden die Sperrkugeln 36 über die Verriegelungsraste 35 nach außen gedrückt und in der Neutralposition der Verriegelungsraste 35 ist der Formschluss zwischen Sperrkugeln 36 und Kolbenstange 33 hergestellt.In summary, the series connection of the valves 43 or 44, 27 and 25 or 26 causes hydraulic fluid to be displaced from one working chamber in the direction of the tank, while hydraulic fluid flows from the tank into the non-return valves 5 and 14 or 6 and 16 can be re-sucked into another working space, precisely until the piston rod 33 has reached the locking position and the locking sleeve 34 is moved back into the central position due to the spring force in the chambers 37 and 38, respectively. The locking balls 36 are pressed outwards via the locking catch 35 and in the neutral position of the locking catch 35 the form fit between the locking balls 36 and the piston rod 33 is established.

Durch Öffnen des Absperrventils 27 kann die Lenkung deaktiviert werden. Dies ist z.B. bei Geradeausfahrt mit höheren Geschwindigkeiten (z.B. >60 km/h) sinnvoll, um die Fahrstabilität zu erhöhen. Hierbei bietet die Sicherheitsschaltung 20 den zusätzlichen Vorteil, dass der Kolben 33 des Lenkzylinders 30 bei deaktivierter Lenkung auch dann nicht auslenken kann, wenn die Pumpe aufgrund eines Fehlers anlaufen sollte. Würde die Pumpe bei geöffnetem Absperrventil 27 in die eine oder andere Richtung anlaufen, so würde zuerst der Hilfskolben 45 ausgelenkt und damit das betreffende Rückschlagventil 43 bzw. 44 geöffnet, sodass der Hydraulikdruck zum Tank 7 hin entweicht, bevor der Kolben 33a ausgelenkt werden kann. Baut z.B. die Pumpe 7 aufgrund eines Elektronik- bzw. Steuerungsfehlers Druck in der Leitung 11 auf, so würde über die Steuerleitung 23 zunächst der Hilfskolben 45 nach links verstellt und somit das Rückschlagventil 44 entsperrt. Öffnet dann das Rückschlagventil 16 in der Druckleitung 11, so fließt das Hydrauliköl über das entsperrte Rückschlagventil 44, das Rückschlagventil 26 und das geöffnete Absperrventil 27 direkt zurück in den Tank 7.The steering can be deactivated by opening the shut-off valve 27 . This is useful, for example, when driving straight ahead at higher speeds (e.g. >60 km/h) in order to increase driving stability. In this case, the safety circuit 20 offers the additional advantage that the piston 33 of the steering cylinder 30 cannot deflect when the steering is deactivated, even if the pump should start up due to a fault. If the pump were to run in one direction or the other with the shut-off valve 27 open, the auxiliary piston 45 would be deflected first and the relevant check valve 43 or 44 would be opened, so that the hydraulic pressure escapes to the tank 7 before the piston 33a can be deflected. If, for example, the pump 7 builds up pressure in the line 11 due to an electronic or control error, the auxiliary piston 45 would first be moved to the left via the control line 23 and the check valve 44 would thus be unblocked. If the check valve 16 in the pressure line 11 then opens, the hydraulic oil flows directly back into the tank 7 via the unlocked check valve 44, the check valve 26 and the open shut-off valve 27.

Nachfolgend sei nochmals die Funktion des Lenksystems zusammenfassend erläutert. Solange die Druckversorgung 1 nicht aktiviert ist, sind die Lasthalteventile 15, 17 nicht angesteuert und auch die Rückschlagventile 14, 16 sind geschlossen. Somit ist die Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderräumen 39, 40 eingeschlossen. Sobald eine Lenkanforderung im System vorhanden ist, beginnt sich der Motor 2, der mittels elektrischer Anschlussleitungen 4 mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden ist, zu drehen und treibt die Hydraulikpumpe 3 an.The function of the steering system is summarized again below. As long as the pressure supply 1 is not activated, the load-holding valves 15, 17 are not activated and the check valves 14, 16 are also closed. Thus, the hydraulic fluid in the cylinder chambers 39, 40 is enclosed. As soon as there is a steering request in the system, the motor 2 , which is connected to the vehicle's electrical system by means of electrical connection lines 4 , begins to turn and drives the hydraulic pump 3 .

Ausfahren der Kolbenstange 33 aus der Mittelposition: Aus dem Tank 7 wird über das Saugventil 6 Hydraulikflüssigkeit angesaugt. Nach der Pumpe 3 baut sich dann in der Hydraulikleitung 11 ein Hydraulikdruck auf. Dieser Hydraulikdruck bewirkt nunmehr in zeitlich gesteuertem Ablauf die Entsperrung des Ventils 44 über dessen Ansteuerung über die Steuerleitung 23 und zeitgleich der Arretierhülse 34 durch Druckaufbau in der Hydraulikkammer 37, danach Vorsteuerung des Lasthalteventils 17, Öffnen des Rückschlagventils 14 und Fördern der Druckflüssigkeit über den Hydraulikanschluss 31 in die Zylinderkammer 40, wodurch die Kolbenstange 33 ausfährt. Das Volumen der Hydraulikflüssigkeit, welches sich in der Hydraulikkammer 39 befindet, wird dann drucklos über den Hydraulikanschluss 32 und das Lasthalteventil 17 in die Tankleitung 13 geleitet und im Tank 7 aufgenommen.Extending the piston rod 33 from the center position: Hydraulic fluid is sucked in from the tank 7 via the suction valve 6 . A hydraulic pressure then builds up in the hydraulic line 11 downstream of the pump 3 . This hydraulic pressure now causes the valve 44 to be unlocked in a time-controlled manner by actuating it via the control line 23 and at the same time the locking sleeve 34 by pressure build-up in the hydraulic chamber 37, then pilot control of the load-holding valve 17, opening of the check valve 14 and delivery of the hydraulic fluid via the hydraulic connection 31 into the cylinder chamber 40, causing the piston rod 33 to extend. The volume of hydraulic fluid that is in the hydraulic chamber 39 is then conducted without pressure via the hydraulic connection 32 and the load-holding valve 17 into the tank line 13 and is received in the tank 7 .

Einfahren der Kolbenstange aus der Mittelposition: Aus dem Ölbehälter 7 wird über das Saugventil 5 die zu diesem Zeitpunkt drucklose Druckflüssigkeit angesaugt. Nach der Pumpe 3 baut sich dann in der Hydraulikleitung 12 ein Öldruck auf. Dieser Öldruck bewirkt nunmehr in zeitlich gesteuertem Ablauf die Entsperrung des Rückschlagventils 43 über dessen Ansteuerung über die Steuerleitung 24 und zeitgleich der Arretierhülse 34 durch Druckaufbau in der Hydraulikkammer 38, danach Vorsteuerung des Lasthalteventils 15, Öffnen des Rückschlagventils 16 und Fördern der Hydraulikflüssigkeit über den Hydraulikanschluss 32 in den Zylinderraum 39, wodurch die Kolbenstange 33 einfährt. Das Volumen der Hydraulikflüssigkeit, welches sich in der Hydraulikkammer 40 befindet, wird dann drucklos über den Hydraulikanschluss 31 und das Lasthalteventil 15 in die Tankleitung 13 geleitet und im Tank 7 aufgenommen.Retracting the piston rod from the central position: The hydraulic fluid, which is unpressurized at this point in time, is sucked in from the oil tank 7 via the suction valve 5. An oil pressure then builds up in the hydraulic line 12 downstream of the pump 3 . This oil pressure now causes the non-return valve 43 to be released in a time-controlled manner by actuating it via the control line 24 and at the same time the locking sleeve 34 by pressure build-up in the hydraulic chamber 38, then pilot control of the load-holding valve 15, opening of the non-return valve 16 and delivery of the hydraulic fluid via the hydraulic connection 32 into the cylinder chamber 39, whereby the piston rod 33 retracts. The volume of hydraulic fluid that is in the hydraulic chamber 40 is then conducted without pressure via the hydraulic connection 31 and the load-holding valve 15 into the tank line 13 and is received in the tank 7 .

In 2 ist die Steuerung des Rückschlagventils 43 für die Einfahrbewegung dargestellt. Sobald das Rückschlagventil 43 in die Entsperrposition gesteuert ist, verrasten die Sperrkugeln 36 über die Flanke der Verriegelungsraste 35, wodurch sich die Arretierhülse 34 bis zum erneuten Erreichen der Rastposition nicht mehr umsteuern lässt und somit die Stellung formschlüssig beibehält. Dementsprechend ist der Hilfskolben 45 von der Kammer 38 in Richtung der Kammer 37 verschoben und die Rückhubfeder in der Kammer 37 ist in einer komprimierten Stellung. Über diesen Formschluss wird auch eine Umsteuerung der Rückschlagventile 43, 44 verhindert.In 2 the control of the check valve 43 for the retraction movement is shown. As soon as the non-return valve 43 is moved to the unlocked position, the locking balls 36 engage via the flank of the locking catch 35, as a result of which the locking sleeve 34 can no longer be reversed until the locking position is reached again and the position is thus retained in a form-fitting manner. Accordingly, the auxiliary piston 45 is displaced from the chamber 38 towards the chamber 37 and the return spring in the chamber 37 is in a compressed position. This form fit also prevents the check valves 43, 44 from being reversed.

In 3 ist wiederum die Steuerung des Rückschlagventils 44 für die Ausfahrbewegung dargestellt. Sobald das Rückschlagventil 44 in die Entsperrposition gesteuert ist, verrasten die Sperrkugeln 36 über die Flanke der Verriegelungsraste 35, wodurch sich die Arretierhülse 34 nicht mehr umsteuern lässt und bis zum Erreichen der Rastposition somit ihre Stellung formschlüssig beibehält. Dementsprechend ist der Hilfskolben 45 von der Kammer 37 in Richtung der Kammer 38 verschoben und die Rückhubfeder in der Kammer 38 ist in einer komprimierten Stellung. Über diesen Formschluss wird wiederum eine Umsteuerung der Rückschlagventile 43, 44 verhindert.In 3 is in turn the control of the check valve 44 for the extension movement posed. As soon as the non-return valve 44 is moved to the unlocked position, the locking balls 36 engage via the flank of the locking catch 35, as a result of which the locking sleeve 34 can no longer be reversed and thus retains its position in a form-fitting manner until the locking position is reached. Accordingly, the auxiliary piston 45 is displaced from the chamber 37 towards the chamber 38 and the return spring in the chamber 38 is in a compressed position. This positive locking in turn prevents the check valves 43, 44 from being reversed.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die im Rahmen der Ausführungsbeispiele gezeigten Figuren schematisch und nicht maßstäblich sind. Vielmehr können die Geometriedaten der gezeigten Lenkzylinder abweichend gewählt werden.Finally, it should be pointed out that the figures shown within the scope of the exemplary embodiments are schematic and not to scale. Rather, the geometry data of the steering cylinder shown can be selected differently.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102012105976 A1 [0005, 0007]
DE 102014113880 A1 [0005, 0007]
DE 102015109513 A1 [0005, 0008]

Claims

Hydraulic rear-axle steering for multi-axle vehicles, with a steering cylinder (30) which has a cylinder chamber, a piston (33a) which is mounted in a sealed manner in the cylinder chamber and divides the cylinder chamber into two working chambers (39, 40), and at least one of the piston (33a) carried piston rod (33), with a pump (3) for selectively pressurizing one of the working chambers (39, 40) with a hydraulic medium for the purpose of deflecting the piston (33a) in one direction or the other, and with a valve arrangement (20), via which one of the working chambers (39, 40) can be optionally relieved towards a tank (7) for centering and deactivating the rear-axle steering, in such a way that the piston (33a) of the steering cylinder (30) can only be moved towards its central position, characterized in that the steering cylinder (30) has a switching element (34) which can be actuated via an actuator (37, 38, 45) and which can be switched between a first switching position, a neutral position and a second switching position, the switching element (34) being designed in such a way that, outside the central position of the piston (33a), movement of the switching element (34) out of the first and out of the second switching position is blocked and the valve arrangement (20) with one of the working chambers (39, 40) is mechanically coupled to the switching element (34) towards the tank (7) for alternating relief.

Hydraulic rear axle steering claim 1 , in which the valve arrangement (20) has a normally open shut-off valve (27), which in normal operation of the rear-axle steering blocks the hydraulic connection between the working chambers (39, 40) and is switched off to deactivate the rear-axle steering or in the event of a fault and the hydraulic connection between the workrooms (39, 40) releases.

Hydraulic rear-axle steering according to one of the preceding claims, in which the valve arrangement (20) has two alternately releasable valves (43, 44) which are each arranged in a relief line leading from one of the working chambers (39, 40) to the tank (7). .

Hydraulic rear axle steering claim 3 , in which the alternately unlockable valves (43, 44) of the valve arrangement (20) are two mechanically unlockable check valves (43, 44), a first of the check valves (43) being switched unlocked by the actuator (37, 38, 45), when the switching element (35) is moved into the first switching position and a second of the check valves is switched unlocked by the actuator (37, 38, 45), when the switching element (35) is moved into the second switching position, in particular when the check valves ( 43, 44) are structurally integrated into the steering cylinder (30).

Hydraulic rear-axle steering according to one of the preceding claims, in which the steering cylinder (30) has a mechanical locking device (35, 36) which locks the piston (33a) in relation to the steering cylinder (30) when it reaches the middle position, the locking device (35, 36 ) comprises a locking element (35) connected to the switching element (34) and at least one locking element (36), the locking element (36) being held in its locking position by the locking element (35) in a latching position (42) and the locking element (35) in the first and the second switching position the blocking member (36) respectively releases and in the neutral position the blocking member (36) in the latching position (42) holds.

Hydraulic rear-axle steering according to one of the preceding claims, in which an adjustment of the switching element (34) outside the central position of the piston (33a) is blocked by the blocking member (36) in its position releasing the piston (33a).

Steering cylinder according to one of the preceding claims, in which the actuator (37, 38, 45) is designed as a hydraulically operated actuator with two pressure chambers (37, 38) and an auxiliary piston (45) movably mounted between them, via which the switching element (34) passes through Pressurizing one of the pressure chambers (37, 38) is adjusted.

Steering cylinder according to one of the preceding claims, in which a return line (13) leads from each of the two working chambers (39, 40) to a tank (7) and a switchable load-holding valve (15, 17) is arranged in each of the return lines.

steering cylinder claim 8 , in which the load-holding valves (15, 17) are designed as pre-pressure-controlled valves, the control connection of which is connected to a pressure line (11, 12) leading from the pump (3) to the other working chamber (39, 40).

steering cylinder claim 7 and one of the Claims 8 and 9 , in which the hydraulically actuated actuator (37, 38, 45) is set so that it reverses at a first pressure value and the pre-pressure-controlled load-holding valves (15, 17) are set so that they open when a second pressure value is present at the control port, wherein the second pressure value is higher than the first pressure value.

steering cylinder claim 10 , in which the load-holding valves (15, 17) are designed as overpressure valves which open when a third pressure value applied to a medium connection connected to the respective working chamber (39, 40) is exceeded, the third pressure value being above the first and the second pressure value.

Hydraulic rear-axle steering system according to one of the preceding claims, in which the pump (3) is designed as a reversible pump which is driven in opposite directions of rotation in order to deflect the piston (33a) in different directions.

Hydraulic rear-axle steering according to one of the preceding claims, in which the switching element (35) is spring-loaded towards its neutral position by means of one or more return springs.

Hydraulic rear-axle steering according to one of the preceding claims, with a control unit for controlling the pump (3) and valve arrangement (20), wherein the control unit is designed, when executing a steering movement beyond the middle position of the steering cylinder (30), when the middle position is reached, the hydraulic medium inflow from the pump (3) to be throttled or stopped for a short time.