DE19546281A1 - Hydraulische Lenkeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinrich­ tung mit einem Gehäuse, in dem ein innerer Steuerschie­ ber und ein äußerer Steuerschieber relativ zueinander verdrehbar angeordnet sind, die zusammen als veränder­ bare Strömungspfadanordnung zwischen einer Versorgungs­ anschlußanordnung und einer Arbeitsanschlußanordnung angeordnet sind.

Eine derartige Lenkeinrichtung ist beispielsweise aus DE 43 42 933 A1 bekannt.

Die Versorgungsanschlußanordnung umfaßt bei derartigen Lenkeinrichtungen in der Regel einen Pumpenanschluß und einen Tankanschluß. Die Arbeitsanschlußanordnung umfaßt in der Regel zwei Arbeitsanschlüsse. Je nachdem, wel­ cher der beiden Arbeitsanschlüsse mit Druck beauf­ schlagt wird, wird ein angeschlossener Lenkmotor in die eine oder die andere Richtung bewegt.

In den meisten Fällen wird der innere Steuerschieber über ein Lenkhandrad bewegt, also gegenüber dem äußeren Steuerschieber verdreht. Hierbei wird ein Strömungspfad zwischen dem Pumpenanschluß und dem entsprechenden Ar­ beitsanschluß beziehungsweise dem anderen Arbeitsan­ schluß und dem Tankanschluß mehr oder weniger gedros­ selt freigegeben. Damit fließt Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe über den Lenkmotor wieder zum Tank. Gleich­ zeitig wird mit der Hydraulikflüssigkeit ein Meßmotor betätigt, der den äußeren Steuerschieber relativ zum inneren Steuerschieber verdreht und so beide Steuer­ schieber wieder in ihre ursprüngliche Überdeckung zu­ einander bringt, in der der Strömungspfad geschlossen ist.

In einigen Fällen ist es gewünscht, ein Fahrzeug, daß mit einer derartigen Lenkeinrichtung ausgerüstet ist, nicht nur von einer Fahrer-Position aus mit Hilfe des Lenkhandrads steuern zu können, sondern von mehreren Positionen aus, beispielsweise bei selbstfahrenden Ar­ beitsmaschinen.

Dies hat man bislang überwiegend durch Anbringen eines Antriebsmotors an der Lenkhandradwelle gelöst, der bei entsprechender Ansteuerung die Funktion der menschli­ chen Hand als Antrieb dieser Handradwelle übernommen hat. Für diesen Motor ist jedoch zusätzlicher Bauraum erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Fernsteuerungsmöglichkeit für die Lenkein­ richtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Lenkeinrich­ tung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß jeder Steuerschieber mit einem Antriebsschieber verbun­ den ist, wobei zwischen den beiden Antriebsschiebern mindestens ein Druckraum ausgebildet ist, der mit Druckfluid beaufschlagbar ist, und eine Volumenverände­ rung des Druckraums eine Relativverschiebung der beiden Steuerschieber bewirkt.

Damit verläßt man den üblichen Angriffsort für eine Fernsteuereinrichtung, nämlich die Lenkhandradwelle. Die Fernsteuerung greift nun unmittelbar an den beiden Steuerschiebern an und kann dort eine Relativverschie­ bung der beiden Steuerschieber zueinander bewirken. Die entsprechende Drehmomenterzeugung erfolgt einfach durch die Druckbeaufschlagung und die danach erfolgende Ex­ pansion eines Druckraums, der zwischen den beiden Antriebsschiebern ausgebildet ist, so daß zusätzliche externe Motoren entfallen können. Durch den unmittel­ baren Eingriff in die Kinematik der beiden Steuerschieber läßt sich nicht nur, wie es bisher der Fall war, der innere Steuerschieber gegenüber dem Ge­ häuse verdrehen, wobei dann der äußere Steuerschieber nachgeführt werden mußte (wenn der äußere Steuerschie­ ber angetrieben war, mußte der innere Steuerschieber nachgeführt werden), sondern man kann direkt eine Rela­ tivverschiebung der beiden Steuerschieber im Gehäuse bewirken, so daß man in manchen Fällen eine Bewegung des Lenkhandrads mit der daraus resultierenden Gefähr­ dung von Bedienungspersonen völlig vermeiden kann. Dar­ über hinaus lassen sich mit dieser Art der Fernsteue­ rung andere Steuerungsphilosophien verfolgen. Bei­ spielsweise kann man den üblicherweise verwendeten Meß­ motor weglassen. Das Zurückführen der beiden Steuer­ schieber gegen ihre Ausgangslage kann ebenfalls durch die Antriebsschieber erfolgen, wenn die zugehörigen Steuersignale auf andere Art und Weise bereitgestellt werden.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß mindestens ein Steuerschieber mit dem ihm zugeordneten Antriebsschie­ ber einteilig ausgebildet ist. Dies vereinfacht den Aufbau. Durch die einteilige Ausbildung von Antriebs­ schieber und Steuerschieber entfallen zusätzliche Befe­ stigungselemente.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die beiden Antriebsschieber konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei der Druckraum in einem Ringspalt zwischen den beiden Antriebsschiebern angeordnet ist und jeder Antriebsschieber einen in den Ringspalt ra­ genden und am anderen Antriebsschieber anliegenden Vor­ sprung aufweist, der den Druckraum in Umfangsrichtung begrenzt. Bei dieser Ausgestaltung bewirkt die Volumen­ vergrößerung, die beispielsweise bei einer Zufuhr von Druckfluid in den Druckraum bewirkt wird, unmittelbar ein Drehmoment und damit eine Verdrehung der beiden Schieber relativ zueinander. Weitere Maßnahmen müssen nicht getroffen werden. Die Größe der Vorsprünge, also ihre Erstreckung in Radialrichtung und in Axialrich­ tung, bestimmt die zur Verfügung stehende Druckan­ griffsfläche, die wiederum zusammen mit dem Druck im Druckraum das erzeugte Drehmoment definiert. Bereits mit einem relativ kleinen Ringspalt läßt sich dann das notwendige Drehmoment zum Verschieben der beiden Steu­ erschieber relativ zueinander bewirken.

Auch ist bevorzugt, daß die Vorsprünge an ihrem freien Ende abgerundet sind. Das freie Ende ist das Ende der Vorsprünge, mit dem sie an dem jeweils anderen An­ triebsschieber anliegen. Diese Abrundung vermindert den Verschleiß und verbessert in gewissem Umfang die Ab­ dichtmöglichkeiten.

Vorzugsweise dient jeder Vorsprung als Begrenzung von zwei Druckräumen. Mit zwei Druckräumen wird die Mög­ lichkeit verbessert, die Lenkeinrichtung in beide Rich­ tungen betätigen zu können. Die Rückstellkräfte sind leichter aufzubringen.

Vorzugsweise sind mehr als zwei Druckräume vorgesehen. Dementsprechend vergrößert sich auch die Anzahl der Vorsprünge und damit die Anzahl der Flächen, die zur Druckaufnahme zur Verfügung stehen. Auf diese Wiese kann man ohne größere Schwierigkeiten das Drehmoment vervielfachen. Vom Raumbedarf her lassen sich in den meisten Fällen auch mehr als zwei Druckräume unterbrin­ gen, weil die Relativverschiebung der beiden Steuer­ schieber meistens nur weniger als 20° beträgt. Sehr viel größer müssen die Druckräume dann auch nicht sein.

Vorzugsweise ist eine gerade Anzahl von Druckräumen vorgesehen. Damit läßt sich die Wirkung der Antriebs­ schieber in beide Lenkrichtungen vergleichmäßigen.

Mit Vorteil stammt das Druckfluid aus der gleichen Druckquelle wie die für die Lenkeinrichtung verwendete Hydraulikflüssigkeit. Damit spart man sich eine zu­ sätzliche Druckquelle. Die Hydraulikflüssigkeit steht in der Regel ohnehin mit dem notwendigen Druck zur Verfü­ gung. Da für die Betätigung der Antriebsschieber nur eine vergleichsweise geringe Menge von Hydraulikflüs­ sigkeit verwendet wird, läßt sich auf diese Weise ein wirtschaftlicher Betrieb erreichen.

Mit Vorteil ist zwischen jedem Druckraum und der Druck­ quelle eine Steuereinrichtung angeordnet. Der Druck in den einzelnen Druckräumen läßt sich dann gezielt auf einen bestimmten Wert einstellen, so daß die gewünschte Relativverdrehung der beiden Antriebsschieber und die daraus resultierende Relativverdrehung der beiden Steu­ erschieber zueinander bewirkt werden kann.

Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung getaktete Ma­ gnetventile auf. Mit Hilfe der getakteten Magnetventile läßt sich über das Tastverhältnis der gewünschte Druck relativ problemlos einstellen. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis der Offen-Zeit eines Magnetventils zu der Zeit einer gesamten Periode, also der Summe der Offen- und der Schließ-Zeit.

Auch ist von Vorteil, daß die Druckräume in zwei Druck­ raumgruppen unterteilt sind und für jede Druckraumgrup­ pe ein Magnetventil in Reihe mit einer Drossel vorgese­ hen ist, wobei die Druckraumgruppe mit einem Abgriff zwischen dem Magnetventil und der Drossel verbunden ist. Dadurch, daß die Druckräume einheitlich zu einer Druckraumgruppe zusammengefaßt sind, herrscht in jedem Druckraum einer Gruppe der gleiche Druck, so daß die Drehmomentbeaufschlagung in Umfangsrichtung sehr gleichmäßig wird. Durch die Verwendung eines einzigen Magnetventils pro Gruppe mit einer Drossel läßt sich auch eine relativ einfache Steuerung aufbauen.

Vorzugsweise sind die Druckräume zusammen mit den Dros­ seln als Dämpfungseinrichtung ausgebildet. Hierdurch wird erreicht, daß eine Dämpfung zwischen den beiden Schiebern entsteht. Eine Schwingungsneigung kann dann sehr gut unterbunden werden. Dies ist ein erheblicher Vorteil, insbesondere bei knickgesteuerten Fahrzeugen.

Auch ist von Vorteil, wenn die gemeinsame Verbindung der Drosseln mit einer Lastfühlsteuerleitung verbunden ist. Hierdurch kann man erreichen, daß der Druckabfall über den Magnetventilen und den Drosseln immer konstant gehalten wird. Dies erleichtert beispielsweise die elektronische Ansteuerung der Magnetventile.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Lenkeinrichtung und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht II-II nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Lenkeinrichtung 101 mit einem Gehäuse 30, das eine Gehäusebohrung 31 aufweist. In der Gehäusebohrung 31 ist ein äußerer Steuerschieber 32 und in diesem ein innerer Steuerschieber 33 drehbar gelagert. Eine Gelenkwelle 34 verbindet einen Meßmotor 116 mit dem äußeren Steuerschieber 32. Der innere Steu­ erschieber 33 ist über eine Kupplung 35 mit einer nicht näher dargestellten Lenkhandradwelle verbindbar. Die Kupplung ist hier als Vielkeilkupplung ausgebildet, in die die Lenkhandradwelle eingesteckt werden kann.

Der innere Steuerschieber 33 und der äußere Steuer­ schieber 32 sind über Blattfedern 36, die eine begrenz­ te Relativdrehung der beiden Steuerschieber 32, 33 zu­ einander zulassen, miteinander verbunden.

Der Meßmotor 116 ist ein Zahnradmotor, der einen äuße­ ren Zahnring 37 und ein inneres Zahnrad 38 aufweist, zwischen denen sich Verdrängerkammern 39 befinden, wo­ bei das Ganze durch einen Deckel 40 abgedeckt ist. Die beiden Steuerschieber 32 und 33 bilden eine Strömungs­ pfadanordnung 41.

Die Strömungspfadanordnung 41 verbindet wahlweise und mit unterschiedlichen Drosselungen verschiedene An­ schlüsse. Hierzu gibt es eine Ringnut 42, die mit einem Tankanschluß T verbunden ist, eine Ringnut 43, die mit einem linken Arbeitsanschluß L verbunden ist, eine Ringnut 44, die mit einem rechten Arbeitsanschluß R verbunden ist, eine Reihe von Steueröffnungen 45, die über Axialkanäle 46 mit je einer Verdrängerkammer 39 verbunden sind, eine Ringnut 47, die mit einem Pumpen­ anschluß P verbunden ist, und einer Ringnut 48, die mit einem Steuersignal-Anschluß LS verbunden ist.

Des weiteren gibt es zahlreiche Axialkanäle, z. B. 49, und zahlreiche Steueröffnungen, z. B. 50. Sie alle bil­ den zusammen die Strömungspfadanordnung zwischen der Versorgungsanschlußanordnung, die hier durch den Pum­ penanschluß P und den Tankanschluß T gebildet ist, und der Arbeitsanschlußanordnung, die hier durch die An­ schlüsse L und R gebildet ist.

Der Aufbau und die Arbeitsweise einer derartigen Lenk­ einrichtung sind an sich bekannt. Wenn mit Hilfe der Lenkhandrandwelle der innere Steuerschieber 33 relativ zum äußeren Steuerschieber 32 verdreht wird, öffnet sich richtungsabhängig ein Strömungspfad vom Pumpenan­ schluß P zu einem der beiden Arbeitsanschlüsse L, R. Entsprechend öffnet sich ein anderer Strömungspfad vom anderen Arbeitsanschluß R, L zum Tankanschluß T. Gleichzeitig wird der Meßmotor 116 mit Hydraulikflüs­ sigkeit beaufschlagt. Das Zahnrad 38 dreht sich dann entsprechend der eingespeisten Menge an Hydraulikflüs­ sigkeit und führt den äußeren Steuerschieber 32 dem inneren Steuerschieber 33 nach, bis die Neutralstellung wieder erreicht ist und die einzelnen Strömungspfade wieder unterbrochen worden sind.

In der Lenkeinrichtung 101 ist zusätzlich zu der Mög­ lichkeit, den inneren Steuerschieber 33 mit Hilfe der Lenkhandradwelle über die Kupplung 35 zu betätigen, eine Fernsteuermöglichkeit vorgesehen. Hierzu ist eine Antriebseinrichtung 10 im Bereich des Endes der beiden Steuerschieber 32, 33 angeordnet, an dem auch die Kupp­ lung 35 angeordnet ist.

Die Antriebseinrichtung 10 ist in Fig. 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Sie weist einen inneren Antriebs­ schieber 11 und einen äußeren Antriebsschieber 12 auf, die konzentrisch in der Bohrung 31 im Gehäuse 30 gela­ gert sind. Dadurch ist eine Verdrehung der beiden An­ triebsschieber 11, 12 relativ zueinander und eine Ver­ drehung der Antriebsschieber 11, 12 relativ zum Gehäuse 30 möglich.

Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist der innere Antriebs­ schieber 11 einstückig mit dem inneren Steuerschieber 33 ausgebildet. Der äußere Antriebsschieber 12 kann ebenfalls einteilig mit dem äußeren Steuerschieber 32 ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall ist er jedoch über eine Verbindungseinrichtung 13 mit dem äußeren Steuerschieber 32 verbunden.

Zwischen den beiden Antriebsschiebern 11, 12 ist ein Ringraum 14 ausgebildet, der im Querschnitt die Form eines Kreisringes hat.

Der innere Steuerschieber weist vier radial nach außen ragende Vorsprünge 15 auf, die den Ringraum 14 durch­ setzen und am äußeren Steuerschieber 12, genauer ge­ sagt, an dessen Innenwand, anliegen. In gleicher Weise weist der äußere Antriebsschieber 12 vier Vorsprünge 16 auf, die den Ringraum 14 radial durchsetzen und am in­ neren Antriebsschieber 11 anliegen. Hierdurch werden insgesamt acht Druckräume 17a, 17b, 17c, 17d, 18a, 18b, 18c, 18d gebildet. Jeder Druckraum ist über eine Druck­ leitung 19, 20 mit Druck beaufschlagbar. Hierbei sind die Druckleitungen 19 für die Druckräume 17a, 17b, 17c, 17d über eine Ringleitung 21 zu einer Gruppe zusammen­ gefaßt. Die Druckleitungen 20 für die Druckräume 18a, 18b, 18c, 18d sind über eine Ringleitung 22 zu einer Gruppe zusammengefaßt.

Für jede Gruppe ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die aus der Reihenschaltung eines getakteten Magnetven­ tils 23 (für die Druckräume 17), 24 (für die Druckräume 18) und einer Drossel 25, 26 besteht, wobei die Druck­ räume 17 mit einem Abgriff zwischen dem Magnetventil 23 und der Drossel 25 und die Druckräume 18 mit einem Ab­ griff zwischen dem Magnetventil 24 und der Drossel 26 verbunden sind. Beide Pfade 23, 25 bzw. 24, 26 sind parallel zueinander zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Tankanschluß T angeordnet.

Die Magnetventile 23, 24 sind getaktet. Sie befinden sich also innerhalb einer vorbestimmten Periode eine veränderbare Zeit in der Offenstellung und im übrigen Teil der Periode in der geschlossenen Stellung. Hier­ durch läßt sich ein mittlerer Öffnungsgrad einstellen, der den Drosselwiderstand des Magnetventils 23, 24 be­ stimmt.

Wenn die beiden Drosseln 25, 26 die gleichen Eigen­ schaften aufweisen, ergibt sich bei einer gleichartigen Aussteuerung der beiden getakteten Magnetventile 23, 24 ein Druckgleichgewicht zwischen den Druckräumen 17 und den Druckräumen 18. Hierdurch wird die eingenommene Position des inneren Antriebsschiebers 11 zum äußeren Antriebsschieber 12 nicht verändert. Wird jedoch das Magnetventil 23 stärker geöffnet, steigt der Druck in den Druckräumen 17, und der innere Antriebsschieber 11 verdreht sich in der Darstellung nach Fig. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zum äußeren Antriebsschieber 12. Wenn aufgrund irgendwelcher Einflüsse das Lenkhand­ rad festgehalten wird, kann sich auch der äußere An­ triebsschieber 12 im Uhrzeigersinn relativ zum inneren Antriebsschieber 11 verdrehen. Die Wirkung ist in beiden Fällen praktisch die gleiche. Es entsteht die gewünsch­ te Relativverschiebung von innerem Steuerschieber 33 zu äußerem Steuerschieber 32 mit dem gewünschten Aussteu­ ern des an die Arbeitsanschlüsse L, R angeschlossenen Lenkmotors.

Natürlich sind noch mehr Druckräume als die dargestell­ ten acht Druckräume möglich. In der Regel beträgt die maximale Verstellbarkeit zwischen innerem und äußerem Steuerschieber etwa 15°. Dementsprechend müssen die Druckräume auch nicht größer in Umfangsrichtung sein. Je mehr Druckräume verwendet werden, desto mehr Druck­ angriffsflächen stehen in Umfangsrichtung zur Verfügung und desto größer kann bei gleichen Druck das erzeugte Drehmoment gemacht werden.

Die Vorsprünge 15, 16 sind an ihrem freien Ende, d. h. an dem Ende, mit dem sie an dem jeweiligen anderen An­ triebsschieber 12, 11 anliegen, abgerundet. Diese Ab­ rundung vermindert den Verschleiß und verbessert die Dichtigkeit.

Claims (13)

1. Hydraulische Lenkeinrichtung mit einem Gehäuse, in dem ein innerer Steuerschieber und ein äußerer Steuerschieber relativ zueinander verdrehbar ange­ ordnet sind, die zusammen als veränderbare Strö­ mungspfadanordnung zwischen einer Versorgungsan­ schlußanordnung und einer Arbeitsanschlußanordnung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerschieber (32, 33) mit einem Antriebsschieber (12, 11) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Antriebsschiebern (11, 12) mindestens ein Druckraum (17a-d, 18a-d) ausgebildet ist, der mit Druckfluid beaufschlagbar ist, und eine Volumenveränderung des Druckraums (17a-d, 18a-d) eine Relativverschiebung der beiden Steuerschieber (32, 33) bewirkt.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Steuerschieber (32, 33) mit dem ihm zugeordneten Antriebsschieber (12, 11) einteilig ausgebildet ist.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsschieber (11, 12) konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei der Druckraum (17a-d, 18a-d) in einem Rings­ palt (14) zwischen den beiden Antriebsschiebern (11, 12) angeordnet ist und jeder Antriebsschieber (11, 12) einen in den Ringspalt (14) ragenden und am anderen Antriebsschieber (12, 11) anliegenden Vorsprung (15, 16) aufweist, der den Druckraum (17a-d, 18a-d) in Umfangsrichtung begrenzt.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsprünge (15, 16) an ihrem freien Ende abgerundet sind.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorsprung (15, 16) als Begrenzung von zwei Druckräumen (17a-d, 18a-d) dient.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehr als zwei Druckräume (17a-d, 18a-d) vorgesehen sind.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine gerade Anzahl von Druckräumen (17a-d, 18a-d) vorgesehen ist.

8. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfluid aus der gleichen Druckquelle (P) stammt wie die für die Lenkeinrichtung (101) verwendete Hydraulikflüssig­ keit.

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen jedem Druckraum (17a-d, 18a-d) und der Druckquelle (P) eine Steuereinrich­ tung (23, 24) angeordnet ist.

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung getaktete Ma­ gnetventile (23, 24) aufweist.

11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckräume (17a-d, 18a-d) in zwei Druckraumgruppen unterteilt sind und für jede Druckraumgruppe (17a-d, 18a-d) ein Magnetventil (23, 24) in Reihe mit einer Drossel vorgesehen ist, wobei die Druckraumgruppe (17a-d, 18a-d) mit einem Abgriff zwischen dem Magnetventil (23, 24) und der Drossel (25, 26) verbunden ist.

12. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (17a-d, 18a-d) zusammen mit den Drosseln (25, 26) als Dämp­ fungseinrichtung ausgebildet sind.

13. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Verbin­ dung der Drosseln (25, 26) mit einer Lastfühlsteu­ erleitung verbunden ist.