DE19622731A1 - Hydrostatische Lenkeinrichtung mit zwei Steuersystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Lenkeinrichtung mit zwei Steuersystemen, die je eine Pumpe, eine mit einer Eingangswelle versehene Steuer­ einheit und einen hiermit über zwei Motorleitungen ver­ bundenen Lenkmotor aufweisen, wobei ein gemeinsames Lenkhandrad für beide Steuereinheiten vorgesehen ist und beide Lenkmotoren ausgangsseitig mechanisch mitein­ ander verbunden sind.

Eine solche Lenkeinrichtung ist aus DE 29 44 883 C2 bekannt. Dadurch, daß alle wesentlichen Bauteile dop­ pelt vorhanden sind, ist es beim Ausfall eines Steuer­ systems, sei es infolge eines Pumpenversagens oder ei­ nes Leitungsbruchs, möglich, das Fahrzeug mit dem ver­ bleibenden Steuersystem zu lenken. Dies ist eine Vor­ aussetzung dafür, daß solche Fahrzeuge mit begrenzter Geschwindigkeit auf öffentlichen Straßen zugelassen werden. Nachteilig ist allerdings, daß für die Aus­ steuerung der beiden Steuereinheiten ein verhältnismä­ ßig großes Moment erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydro­ statische Lenkeinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der sowohl im Normalbetrieb als auch im Notfallbetrieb das auf das Lenkhandrad aufzubringen­ de Moment vergleichsweise geringe Werte hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst durch ein Umschaltventil, das in einer Betriebsstellung die Motorleitungen des zweiten Steuersystems und in einer Notfallstellung die Motorleitungen des ersten Steuersy­ stems hydraulisch miteinander verbindet sowie die Mo­ torleitungen des jeweils anderen Steuersystems im ge­ trennten Zustand beläßt, und durch eine Stellvorrich­ tung, die beim Auftreten eines Fehlers im ersten Steu­ ersystem anspricht und das Umschaltventil aus der Be­ triebsstellung in die Notfallstellung umschaltet.

Bei dieser Konstruktion werden im Normalbetrieb die Motorleitungen des zweiten Steuersystems kurzgeschlos­ sen mit der Folge, daß die zugehörige Steuereinheit zusammen mit der Steuereinheit des ersten Steuersystems angetrieben wird, infolge des Kurzschlusses aber druck­ los arbeitet. Daher ist das zum Lenken erforderliche Moment nur unwesentlich größer ist als das zur Betäti­ gung der Steuereinheit des ersten Systems erforderliche Moment. In den meisten Fällen wird es nicht einmal grö­ ßer als bei einem einzigen Steuersystem sein, weil die zweite Steuereinheit von der ersten angetrieben werden kann. Wenn das Umschaltventil die Notfallstellung ein­ nimmt, ist das zweite Steuersystem voll wirksam, wäh­ rend die Motorleitungen des ersten Steuersystems kurz­ geschlossen sind. Das im Notfall aufzubringende Moment ist daher nur geringfügig größer als das zur Betätigung der Steuereinheit des zweiten Steuersystems erforderli­ che Moment. Das von Hand aufzubringende Moment ist da­ her in beiden Fällen verhältnismäßig gering und ändert sich auch beim Umschalten vom Normalbetrieb auf den Notfallbetrieb nur wenig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß - obwohl jeweils ein Steuersystem unwirksam ist - ständig beide Steuereinheiten betätigt werden und daher keine Gefahr besteht, daß die zweite Steuerein­ heit im Notfallbetrieb klemmt und nicht funktioniert.

Für die Fehler-Feststellung gibt es die verschiedensten Möglichkeiten. Empfehlenswert ist es, daß die Stellvor­ richtung das Umschaltventil in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen im ersten Steuersystem betätigt, weil jeder Fehler zu geänderten Druckverhältnissen führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür ge­ sorgt, daß die Stellvorrichtung anspricht, wenn die Differenz zwischen dem Eingangsdruck der ersten Steuer­ einheit und dem Lastdruck im ersten Steuersystem einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Der Eingangsdruck sinkt auf Null, wenn die Pumpe im ersten Steuersystem ausfällt oder bei einem Leitungsbruch wegen des Ver­ lusts an Hydraulikflüssigkeit keine Flüssigkeit mehr aus dem Tank fördern kann.

Von Vorteil ist es auch, daß das Umschaltventil einen Schieber aufweist, der an einem Ende von dem Eingangs­ druck der ersten Steuereinheit und am anderen Ende von dem Lastdruck im erste Steuerkreis sowie einer Feder belastet ist. Auf diese Weise können Umschaltventil und Stellvorrichtung miteinander kombiniert werden.

Eine ebenfalls empfehlenswerte Alternative besteht dar­ in, daß das Umschaltventil ein von der Stellvorrichtung mit Erregerstrom versorgtes Magnetventil ist.

Vorzugsweise nimmt das Umschaltventil beim Abschalten der Pumpe des ersten Steuersystems die Notfallstellung ein. Das bedeutet, daß jedesmal beim Betriebsanfang und Betriebsende das Umschaltventil betätigt wird. Dies stellt sicher, daß das Umschaltventil nicht verklemmt, sondern richtig funktioniert.

Empfehlenswert ist es, daß die eine Steuereinheit an dem der Eingangswelle gegenüberliegenden Ende des Ge­ häuses eine Ausgangswelle aufweist, die mit der Ein­ gangswelle der anderen Steuereinheit gekuppelt ist. Die beiden Steuereinheiten lassen sich daher dicht neben­ einander anbringen. Sie nehmen nur wenig Raum ein.

Dies gilt insbesondere, wenn die Gehäuse der beiden Steuereinheiten durch eine die Kupplungsstelle umgeben­ de mit Flanschen versehene Hülse verbunden sind. Auf diese Weise können beide Steuereinheiten zusammengebaut und als Block in das Fahrzeug eingebaut werden.

In diesem Zusammenhang ist es ferner günstig, daß im ersten Steuersystem die Steuereinheit einen Meßmotor aufweist, dessen Rotor die Ausgangswelle antreibt. Die­ ser Meßmotor dient in üblicher Weise dazu, in der Steu­ ereinheit einen Drehschieber nachzuführen. Er wird zu­ sätzlich dazu ausgenutzt, die Eingangswelle der zweiten Steuereinheit anzutreiben, so daß der Fahrer des Fahr­ zeugs hierfür kein zusätzliches Moment aufbringen muß.

Von Vorteil ist es auch, daß der Meßmotor einen gehäu­ sefesten, innen verzahnten Zahnring und ein orbitieren­ des, außenverzahntes Zahnrad aufweist, und daß die Aus­ gangswelle über eine Gelenkwelle mit dem Zahnrad ver­ bunden ist. Steuereinheiten mit einem solchen Meßmotor haben sich in der Praxis vielfach bewährt. Sie lassen sich leicht durch die Ausgangswelle und ihre Antriebs- Gelenkwelle ergänzen.

Eine weitere Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß das Gehäuse des Umschaltventils an das Gehäuse der ersten Steuereinheit angesetzt ist. Auf diese Weise können externe Leitungen für den Lastdruck, den Eingangsdruck und zusätzliche Abschnitte der Motorleitungen einge­ spart werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsform der Steuereinheit des er­ sten Steuersystems im Längsschnitt und

Fig. 3 einen beide Steuereinheiten umfassenden Block.

Fig. 1 zeigt ein erstes Steuersystem 1 und ein zweites Steuersystem 2. Das erste Steuersystem 1 weist eine erste Steuereinheit 3 auf, deren Pumpeneingang P über eine Pumpenleitung 4 mit einer regelbaren Pumpe 5 und deren Behältereingang T über eine Behälterleitung 6 mit dem Behälter 7 verbunden ist. Die beiden Motoranschlüs­ se L und R sind über je eine Motorleitung 8 und 9 mit einem ersten Lenkmotor 10 verbunden. In ähnlicher Weise ist eine zweite Steuereinheit 11 vorgesehen, deren Pum­ peneingang P über eine Pumpenleitung 12 mit einer ein konstantes Volumen fördernden Pumpe 13 und deren Behäl­ teranschluß T über eine Behälterleitung 6 mit dem Be­ hälter 7 verbunden ist. Die beiden Motoranschlüsse L und R sind über je eine Motorleitung 14 und 15 mit ei­ nem zweiten Lenkmotor 16 verbunden. Die Kolben 17 und 18 der beiden Lenkmotoren 10 und 16 sind über eine ge­ meinsame Kolbenstange 19 miteinander verbunden, die außerdem auf die nicht veranschaulichten zu lenkenden Räder wirkt. Ein Lenkhandrad 20 ist mit der Eingangs­ welle 21 der ersten Steuereinheit 3 verbunden. Diese besitzt eine Ausgangswelle 22, die mit der Eingangswel­ le 23 der zweiten Steuereinheit 11 gekuppelt ist.

Ein Umschaltventil 24 kann eine Betriebsstellung A, in der die Motorleitungen 14 und 15 des zweiten Steuersy­ stems 2 miteinander verbunden werden, und eine Notfall­ stellung B, in der die Motorleitungen 8 und 9 des er­ sten Steuersystems 1 miteinander verbunden werden, ein­ nehmen. Beim Umschalten ist dafür gesorgt, daß es keine Zwischenstellungen gibt, in denen die Motorleitungen beider Steuersysteme miteinander in Verbindung treten. Ein Schieber dient als Stellvorrichtung 25. An der ei­ nen Stirnseite wirkt der Eingangsdruck PP, der an der Pumpenleitung 4 abgegriffen und über eine Drucksignal­ leitung 26 zugeführt wird. An der gegenüberliegenden Seite wirkt eine Feder 27 und der Lastdruck LS, der vom LS-Anschluß der ersten Steuereinheit 3 über eine Druck­ signalleitung 28 zugeführt wird und außerdem die För­ dermenge der ersten Pumpe 5 beeinflußt.

Die Pumpe 5 kann außerdem über eine Leitung 29 weitere Verbraucher versorgen, gegebenenfalls auch unter Zwi­ schenschaltung eines Prioritätsventils. Außerdem ist der Behälter 7a, aus dem die erste Pumpe 5 Druckflüs­ sigkeit ansaugt, höher gelegen als der Behälter 7b, aus dem die zweite Pumpe 13 Druckflüssigkeit ansaugt.

Dies führt zu der folgenden Betriebsweise: Wenn die Lenkeinrichtung eingeschaltet, d. h. die beiden Pumpen 5 und 13 in Betrieb gesetzt werden, überwiegt die vom Eingangs- oder Pumpendruck PP hervorgerufene Kraft die Kraft der Feder 27 und die vom Lastdruck LS hervorgeru­ fene Kraft, so daß das Umschaltventil 24 in die Be­ triebsstellung A schaltet. Das bedeutet, daß im ersten Steuersystem 1 die Steuereinheit 3 eine dem Drehwinkel entsprechende Druckflüssigkeitsmenge an den Lenkmotor 10 abgibt. Die zweite Steuereinheit 11 wird mit Druck­ flüssigkeit von der Pumpe 13 versorgt, übt aber keine Kräfte auf den Lenkmotor 16 aus, da die beiden Motor­ leitungen 14 und 15 kurzgeschlossen sind. Die Betäti­ gung der zweiten Steuereinheit 11 fordert daher kein oder nahezu kein zusätzliches Moment am Lenkhandrad 20.

Wenn die Pumpe 5 versagt oder aufgrund eines Leitungs­ bruchs, beispielsweise der Motorleitungen 8 und 9, kei­ ne Flüssigkeit mehr fördert, sinkt der Eingangsdruck PP stark ab, wodurch das Umschaltventil 24 in die Notfall­ stellung B wechselt. Nun ist das zweite Steuersystem 2 voll wirksam, während die erste Steuereinheit 3 motor­ seitig kurzgeschlossen ist. Infolgedessen ist das zum Betätigen des Lenkhandrades 20 erforderliche Drehmoment nur geringfügig größer als das für den Betrieb der zweiten Steuereinheit erforderliche Moment. Auch wenn bei einem Leitungsbruch der Behälter 7a der ersten Pum­ pe 5 völlig entleert ist, kann die zweite Pumpe 11 si­ cher arbeiten, weil ihr Behälter 7b bzw. ihre Ansaug­ öffnung tiefer gelegen ist und daher Druckflüssigkeit für das zweite Steuersystem zur Verfügung steht.

Beim automatischen Umschalten von der Betriebsstellung A in die Notfallstellung B erfolgt zwar ein Wechsel vom Steuersystem 1 auf das Steuersystem 2; das zum Lenken erforderliche Moment bleibt aber annähernd gleich. Da das Umschaltventil 24 bei jedem Start und Stopp der Lenkeinrichtung und die Steuereinheit 11 bei jeder Be­ tätigung des Lenkhandrades 20 verstellt wird, ist si­ chergestellt, daß im Notfall das Umschaltventil 24 und die Steuereinheit 11 mit Sicherheit funktionieren.

Die Steuereinheiten 3 und 11 haben vorzugsweise einen Aufbau, wie er durch Danfoss-Orbitol-Lenkeinrichtungen vom Typ OSPB, vom Typ OSPC oder aus der eingangs ge­ nannten DE 29 44 883 C2 bekannt sind, wobei die Steuer­ einheit 3 durch eine Ausgangswelle ergänzt ist. In Fig. 1 ist die Steuereinheit 11 als Opencenter-Nonreaction- Typ und die Steuereinheit 3 als Closedcenter-Nonreac­ tion-Typ dargestellt. Es besteht aber auch die Möglich­ keit, Steuereinheiten vom Opencenter-Nonreaction-Typ oder Closedcenter-Nonreaction-Typ zu verwenden. Die Pumpe 13 kann auch eine geregelte Pumpe sein.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine solche Steuerein­ heit 3. In einem Gehäuse 30 befindet sich eine Bohrung 31, in der ein äußerer Drehschieber 32 und ein innerer Drehschieber 33 angeordnet sind. Der innere Drehschie­ ber 33 ist mit der Eingangswelle 21 verbunden. Der äu­ ßere Drehschieber 32 ist über einen Stift 34 mit einer Gelenkwelle 35 verbunden, die ihrerseits in ein außen­ verzahntes Zahnrad 36 eingreift. Dieses bildet zusammen mit einem innen verzahnten Zahnring 37 einen Meßmotor 38. Federn 39 sorgen dafür, daß die beiden Drehschieber 32 und 33 um einen vorgegebenen Winkel gegeneinander verdreht werden können, sich bei unbetätigtem Lenkhand­ rad 20 aber in einer neutralen Mittellage halten. Wird das Lenkhandrad 20 verdreht, strömt Druckflüssigkeit je nach Drehrichtung über die Motorleitung 8 oder 9 in den Lenkmotor 10, wobei die Druckflüssigkeit den Meßmotor 38 durchströmt, der den äußeren Drehschieber 32 über den Drehweg des inneren Drehschiebers 33 nachführt.

Eine Gelenkwelle 40 stellt eine drehfeste Verbindung zwischen dem Zahnrad 36 und der Ausgangswelle 22 her. Diese ist in einer Hülse 41 gelagert, welche mit Hilfe eines Flansches 42 an das Gehäuse 30 angeflanscht ist. Immer dann, wenn der Meßmotor 38 aufgrund einer Verdre­ hung des inneren Drehschiebers 33 betätigt wird und den äußeren Drehschieber 32 verstellt, wird auch die Aus­ gangswelle 22 mitgenommen, ohne daß es eingangsseitig eines zusätzlich auf das Lenkhandrad aufzubringenden Moments bedarf.

Gestrichelt ist noch veranschaulicht, wie das Umschalt­ ventil 24 am Gehäuse 30 angesetzt werden kann. Die Drucksignalleitungen 26 und 28 brauchen daher nicht außerhalb der Steuereinheit 3 zu verlaufen. Auch die beiden Motorleitungen 8 und 9 verlaufen im Gehäuse auf kürzestem Weg zum Umschaltventil 24. Alternativ kann das Umschaltventil auch am Gehäuse der zweiten Steuer­ einheit angesetzt werden.

In Fig. 3 ist links die Steuereinheit 3 und rechts die Steuereinheit 11 veranschaulicht. Unterschiedlich ge­ genüber Fig. 2 ist, daß die Hülse 41 einen zweiten Flansch 43 besitzt, mit dem sie am Gehäuse der zweiten Steuereinheit 11 angeflanscht ist. So entsteht ein ein­ heitlicher Block 44, wobei die Hülse 41 und der Flansch 43 die Kupplungsstelle teilweise umschließen, die durch das Einstecken des außenverzahnten Kopfes der Ausgangs­ welle 33 in den innenverzahnten Kopf der Eingangswelle 23 gebildet wird. Selbstverständlich können die beiden Steuereinheiten 3 auch über eine außen am Gehäuse an­ greifende Verbindungsvorrichtung untereinander ausge­ richtet werden.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße hydrosta­ tische Lenkeinrichtung auch mit anderen bekannten Steu­ ereinheiten verwirklicht werden. Das Umschaltventil 24 kann auch auf andere Weise aufgebaut sein, insbesondere als Magnetventil, das elektrisch angesteuert wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein Druckmeßvorrichtung vorgesehen sein, die im Normalbetrieb einen Erreger­ strom abgibt, diesen aber beim Auftreten eines Fehlers unterbricht. Solche Druckmeßvorrichtungen können auch verwendet werden, um anzuzeigen, welches der Steuersy­ steme aktiv ist.

Claims (11)

1. Hydrostatische Lenkeinrichtung mit zwei Steuersy­ stemen, die je eine Pumpe, eine mit einer Eingangs­ welle versehene Steuereinheit und einen hiermit über zwei Motorleitungen verbundenen Lenkmotor auf­ weisen, wobei ein gemeinsames Lenkhandrad für bei­ de Steuereinheiten vorgesehen ist und beide Lenkmo­ toren ausgangsseitig mechanisch miteinander verbun­ den sind, gekennzeichnet durch ein Umschaltventil (24), das in einer Betriebsstellung (A) die Motor­ leitungen (14, 15) des zweiten Steuersystems (2) und in einer Notfallstellung (B) die Motorleitungen (8, 9) des ersten Steuersystems (1) hydraulisch miteinander verbindet sowie die Motorleitungen des jeweils anderen Steuersystems im getrennten Zustand beläßt, und durch eine Stellvorrichtung (25), die beim Auftreten eines Fehlers im ersten Steuersystem (1) anspricht und das Umschaltventil (24) aus der Betriebsstellung (A) in die Notfallstellung (B) umschaltet.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellvorrichtung (25) das Um­ schaltventil (24) in Abhängigkeit von den Druckver­ hältnissen im ersten Steuersystem (1) betätigt.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellvorrichtung (25) anspricht, wenn die Differenz zwischen dem Eingangsdruck (PP) der ersten Steuereinheit (3) und dem Lastdruck (LS) im ersten Steuersystem (1) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Umschaltventil (25) einen Schie­ ber aufweist, der an einem Ende von dem Eingangs­ druck (PP) der ersten Steuereinheit und am anderen Ende von dem Lastdruck (LS) im erste Steuerkreis (1) sowie einer Feder (27) belastet ist.

5. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (24) ein von der Stellvorrichtung mit Erregerstrom ver­ sorgtes Magnetventil ist.

6. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (24) beim Abschalten der Pumpe (5) des ersten Steuersy­ stems (1) die Notfallstellung (B) einnimmt.

7. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Steuereinheit (3) an dem der Eingangswelle (21) gegenüberliegen­ den Ende des Gehäuses (30) eine Ausgangswelle (22) aufweist, die mit der Eingangswelle (23) der ande­ ren Steuereinheit (11) gekuppelt ist.

8. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäuse der beiden Steuereinhei­ ten (3, 11) durch eine die Kupplungsstelle umgeben­ de mit Flanschen (42, 43) versehene Hülse (41) ver­ bunden sind.

9. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Steuersystem (1) die Steuereinheit (3) einen Meßmotor (38) auf­ weist, dessen Rotor die Ausgangswelle antreibt.

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßmotor einen gehäusefesten, innen verzahnten Zahnring (37) und ein orbitieren­ des, außenverzahntes Zahnrad (36) aufweist und daß die Ausgangswelle (22) über eine Gelenkwelle (40) mit dem Zahnrad (36) verbunden ist.

11. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Um­ schaltventils (24) an das Gehäuse (30) der ersten Steuereinheit (3) angesetzt ist.