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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Notlenksystem für Fahrzeuge mit hydrostatischem Rad-/Raupenantrieb, sowie ein Fahrzeug, welches ein solches Notlenksystem aufweist.
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Hintergrund
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Hydrostatische Radantriebe oder Raupenantriebe werden beispielsweise als Fahrantrieb bei LKWs, Baumaschinen (z.B. Bagger oder Radlader), Flurförderzeugen (z.B. Gabelstapler) und Landmaschinen (z.B. Traktoren, Mähdreschern, Futter-Mischwägen) eingesetzt.
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Ein hydrostatischer Radantrieb (bzw. Raupenantrieb) kann als (einziger) Hauptantrieb eines Fahrzeugs eigesetzt werden, oder in Zusammenspiel mit einem leistungsverzweigten Getriebe. Beim Einsatz leistungsverzweigter Getriebe wird nur ein Teil der Antriebsleistung hydrostatisch übertragen. Ein anderer Teil kann konventionell, mechanisch übertragen werden. Typische leistungsverzweigte Getriebe ermöglichen es, den hydrostatisch übertragenen Anteil der Antriebsleistung zu steuern bzw. zu regeln (typischerweise 0 - 100 %). Dies hat den Vorteil, dass je nach Arbeitspunkt des Fahrzeugs die Vorteile des jeweiligen Antriebs genutzt werden können.
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Ein typischer hydrostatischer Rad-/Raupenantrieb eignet sich beispielsweise besonders für die Übertragung hoher Drehmomente, ist aber für hohe Geschwindigkeiten weniger geeignet, da die Gefahr der Überhitzung des Hydraulikfluides droht. Konventionelle mechanische Antriebe benötigen hingehen für das Übertragen hoher Drehmomente entsprechend groß dimensionierte und mithin schwere Achsen und Getriebe.
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Fahrzeuge, die einen hydrostatischen Rad-/Raupenantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe umfassen, nutzen den hydrostatischen Rad-/Raupenantrieb daher typischerweise bei niedrigen bis mittleren Geschwindigkeiten (beispielsweise bis max. 20 km/h, bis max. 30km/h oder bis max. 50 km/h). In diesen Geschwindigkeitsbereichen kann über den hydrostatischen Radantrieb ein zusätzliches Drehmoment bereitgestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil der hydrostatischen Radantriebe ist, dass sie sehr gut regelbar sind. Somit können sehr exakte Fahrbewegungen realisiert werden. Zudem können bei hydrostatischen Radantrieben die einzelnen Hydraulikkomponenten, wie Hydraulikpumpe und Hydraulikmotoren, im Wesentlichen frei positioniert werden, da die Verbindung der Komponenten über Hydraulikleitungen (Rohre, Schläuche, und/oder dergleichen), und nicht über starre Achsen, erfolgt. Somit kann der vorhandene Bauraum effektiv genutzt werden.
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Im Bereich der hydrostatisch angetriebenen Fahrzeuge, d.h. Fahrzeuge, die zumindest ein hydrostatisch angetriebenes Rad bzw. eine hydrostatisch angetriebene Raupe umfassen, kommen typischerweise hydrostatische Lenkungen zum Einsatz.
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Bei einer hydrostatischen Lenkung werden die eigentlichen Lenkkräfte nicht von einem Fahrzeugführer*in, sondern von einer Hydraulikpumpe aufgebracht. Dadurch wird die auf das Lenkrad aufzubringende Lenkkraft extrem verringert.
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In einem hydrostatisch angetriebenen Fahrzeug können die Hydraulikmotor(en) des hydrostatischen Rad-/Raupenantrieb und die hydrostatische Lenkung über eine gemeinsame Hydraulikpumpe mit Hydraulikfluid versorgt werden, oder separate Hydraulikpumpen aufweisen. Die Verwendung separater Hydraulikpumpen ermöglicht die einfache Realisierung unterschiedlicher Druckniveaus für den hydrostatischen Rad-/Raupenantrieb und die hydrostatische Lenkung.
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Typische hydrostatische Lenkungen weisen keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und den zu lenkenden Rädern auf und unterscheiden sich somit von hydraulisch unterstützen Lenkungen (Servolenkung). Hierdurch kann das Fahrzeug wesentlich flexibler gestaltet werden, da lediglich Hydraulikleitungen für die Übertragung der Lenkbewegung verlegt werden müssen. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Hecklenkung oder mehreren gelenkten Achsen ist dies vorteilhaft Eine konventionelle hydrostatische Lenkung umfasst ein Lenkaggregat (auch als Lenkorbitrol bezeichnet), welches an der Lenksäule des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Lenkaggregat leitet eine dem gewünschten Einschlagswinkel und der gewünschten Einschlagsrichtung (= Lenkwinkeländerung) entsprechende Menge Hydraulikfluid in den/die Lenkzylinder. Der/die Lenkzylinder sind den gelenkten Rädern zugeordnet und veranlassen das Einschlagen der Räder, entsprechend dem gewünschten Einschlagswinkel/Einschlagsrichtung.
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Werden die Hydraulikmotor(en) des hydrostatischen Rad-/Raupenantriebs und die hydrostatische Lenkung über eine gemeinsame Hydraulikpumpe mit Hydraulikfluid versorgt, ist zudem ein sogenanntes Prioritätsventil erforderlich. Auch ist ein Prioritätsventil erforderlich, wenn separate Hydraulikpumpen vorliegen und die Hydraulikpumpe, die der Lenkung zugeordnet ist weitere Hydraulikkreisläufe mit Hydraulikfluid versorgt. Beispielsweise können weitere Hydraulikkreisläufe für Stell- und Antriebsfunktionen vorgesehen sein.
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Ein Prioritätsventil ist ein Ventil, das beim Betrieb des Hydrauliksystems, die einzelnen Hydraulikkreise (hier beispielsweise die hydrostatische Lenkung und der hydrostatische Rad-/Raupenantrieb bzw. die hydrostatische Lenkung und Stell- bzw. Antriebsfunktionen) ihrer Relevanz nach vorrangig mit Hydraulikfluid versorgt. Im vorliegenden Beispiel muss die hydrostatische Lenkung vor allen anderen Systemen mit Hydraulikfluid versorgt werden, um ihre Funktionsfähigkeit unter allen Umständen zu gewährleisten.
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Da die Funktion der hydrostatischen Lenkung vom Druck im Hydraulikkreis abhängt, könnte es bei einem Versagen der Hydraulikpumpe zu schwerwiegenden Unfällen kommen. Es ist daher notwendig, dass ein hydrostatisch gelenktes Fahrzeug auch bei Ausfall des Motors und/oder der Hydraulikpumpe lenkfähig bleibt.
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Bekannte hydrostatischen Lenkungen sind daher so aufgebaut, dass sobald sich ein Fahrzeug in Fahrt befindet, über ein Fahrgetriebe eine kleine Hydraulikpumpe (Notlenkpumpe) angetrieben wird, die das Lenkaggregat mit Druck versorgt, solange das Fahrzeug fährt bzw. rollt. Weiterhin sind elektrisch angetriebene Notlenkpumpen bekannt. Wird ein Druckabfall erkannt, wird die elektrisch angetriebene Notlenkpumpe aktiviert und der Hydraulikkreis der Lenkung mit Druck versorgt.
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Diese bekannten Systeme sind technisch aufwendig, da zusätzliche Hydraulikpumpen, insbesondere Notlenkpumpen, vorgesehen werden müssen. Dies erhöht die Komplexität des hydraulischen Systems und führt zu höheren Produktions- und Wartungskosten. Zudem wird zusätzlicher Bauraum für die Notlenkpumpen benötigt.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein vereinfachtes Notlenksystem für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Fahrzeug bereitzustellen.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Notlenksystem für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 1, sowie durch ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch das nachstehend beschriebene Notlenksystem für ein hydrostatisch angetriebenes Fahrzeug gelöst. Dieses Notlenksystem umfasst ein hydrostatisches Lenkaggregat (Lenkorbitrol), welches einer hydrostatischen Lenkung zugeordnet ist. Das Lenkaggregat ist dazu eingerichtet einem Lenkzylinder entsprechend einer Lenkwinkeländerung Hydraulikfluid zuleiten. Hierzu kann ein Lenkrad mit dem Lenkaggregat mechanisch gekoppelt sein. Ebenso ist es möglich, dass das Lenkrad und das Lenkaggregat ausschließlich elektronisch miteinander gekoppelt sind (Drive-by-Wire-System). Eine durch das Lenkrad vorgegeben Lenkwinkeländerung wird dann mittels des Lenkaggregats umgesetzt.
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Das Notlenksystem umfasst zudem zumindest einen Hydraulikmotor, der zumindest einem Rad (oder einer Raupe) des Fahrzeugs zugeordnet ist. Der Hydraulikmotor ist dazu eingerichtet das zumindest ein Rad (bzw. die Raupe) anzutreiben. Dies kann unmittelbar erfolgen, oder über weitere Getriebestufen. Insbesondere kann der Hydraulikmotor auch dazu eingerichtet sein mehrere Räder (zumindest zwei Räder) oder mehrere Raupen anzutreiben. Dies kann über ein Differentialgetriebe erfolgen.
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Der Hydraulikmotor kann beispielsweise einer Achse des Fahrzeugs (z.B. der Vorderachse) oder einem Rad/Raupe dieser Achse zugeordnet sein und diese(s) antreiben. Ist der Hydraulikmotor dazu eingerichtet ein Rad anzutreiben, kann dieser Hydraulikmotor in der Radnabe des anzutreibenden Rades angeordnet sein. Ebenso ist es möglich (zusätzlich oder alternativ), dass der Hydraulikmotor dazu eingerichtet ist ein Rad einer Hinter- und/oder Mittelachse und/oder diese Achse(n) des Fahrzeugs hydrostatisch anzutreiben. Weiterhin kann der Hydraulikmotor dazu eingerichtet sein eine oder mehrere Raupen anzutreiben. Ebenso können mehrere Hydraulikmotoren vorgesehen sein, wobei jeder der Hydraulikmotoren einem Rad, einer Raupe oder einer Achse zugeordnet sein kann.
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Bei einem Allradfahrzeug ist entsprechend jedem Rad des Fahrzeugs ein Hydraulikmotor zugeordnet, oder zumindest jeder Achse, sodass alle Räder (entsprechend Raupen) hydraulisch angetrieben werden können. Der Hydraulikmotor kann beispielsweise ein Axialkolbenmotor sein. Andere Bauformen, wie ein Schrägachsenmotor, ein Schrägscheibenmotor oder dergleichen sind ebenso möglich.
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Der Hydraulikmotor ist hydraulisch mit einem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung verbunden. Die Verbindung kann über ein oder mehrere Ventile sowie entsprechende Hydraulikleitungen erfolgen. Zudem können ein Hydraulikkreis eines hydrostatischen Rad-/Raupenantriebs, dem der Hydraulikmotor zugeordnet ist und der Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung über ein Prioritätsventil miteinander verbunden sein.
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Das Notlenksystem umfasst eine Umschalteinrichtung, die dazu eingerichtet ist einen Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung zu detektieren, und dazu bei detektiertem Druckabfall dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis des zumindest einen Hydraulikmotors zuzuleiten.
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Insbesondere kann bei detektiertem Druckabfall die Umschalteinrichtung den Hydraulikmotor in einen Pumpbetriebszustand schalten, wobei der Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand, eine Rotation des Rades in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umwandelt, sodass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert wird. Zudem kann der Hydraulikmotor dazu eingerichtet sein, auch bei Stromausfall Öl fördern zu können. So kann ein besonders sicheres Notlenksystem bereitgestellt werden.
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Beispielsweise können mit dem Notlenksystem die folgenden beiden Ausfallszenarien abgefangen werden.
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Ausfallszenario 1:
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Ein Verbrennungsmotor des hydrostatisch angetriebenen Fahrzeugs, der über eine Hydraulikpumpe den Hydraulikmotor antreibt fällt aus. Über diesen Verbrennungsmotor kann auch eine Hydraulikpumpe angetrieben werden, die den Hydraulikkreislauf der hydrostatischen Lenkung versorgt. In Folge des Ausfalls des Verbrennungsmotors fällt der Druck im Hydraulikkreislauf der hydrostatischen Lenkung und im Hydraulikkreislauf des Hydraulikmotors. Dies wird detektiert und der Hydraulikmotor wird in Pumpbetriebszustand geschalten, sodass aus dem Hydraulikkreislauf des Hydraulikmotors mittels des Hydraulikmotors Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert werden kann. Somit kann die Lenkung weiterhin betrieben werden.
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Ausfallszenario 2:
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Die Hydraulikpumpe, die den Hydraulikkreislauf der hydrostatischen Lenkung versorgt fällt aus, der Verbrennungsmotor funktioniert. In diesem Fall fällt der Druck im Hydraulikkreislauf der hydrostatischen Lenkung. Der Druck im Hydraulikkreislauf des Hydraulikmotors bleibt erhalten (sofern für Lenkung und Antrieb nicht die gleiche Hydraulikpumpe genutzt wird). Der Druckabfall wird detektiert und aus dem Hydraulikkreislauf des Hydraulikmotors wird Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung geleitet. Somit kann die Lenkung weiterhin betrieben werden.
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Mithin kann auch bei Druckabfall im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung die Lenkfunktion aufrechterhalten werden, da aus dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors (d.h. mittels des Hydraulikmotors im Pumpenbetrieb, oder mittels der Hydraulikpumpe des Hydraulikkreises des Hydraulikmotors) Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert wird. Somit bleibt ein Fahrzeug, welches das Notlenksystem umfasst lenkbar, auch wenn eine zur Lenkung benötigte Hydraulikpumpe oder der Antriebsmotor, der eine entsprechende Hydraulikpumpe antreibt, ausfällt. Ebenso können Leckagen im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung kompensiert werden.
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Das beschriebene Notlenksystem benötigt keine zusätzlichen Notlenkpumpen und ist daher weniger komplex als bekannte Systeme. Dies führt zu verringerten Herstellungs- und Wartungskosten sowie zu einem geringeren Bauraumbedarf.
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Die Umschalteinrichtung kann hydraulische, elektrische, elektromechanische und/oder Software-Komponenten umfassen. Insbesondere kann die Umschalteinrichtung einen oder mehrere Sensoren umfassen, wie beispielsweise Drucksensoren. Beispielsweise kann die Umschalteinrichtung Teil einer Steuerungseinrichtung für das hydrostatische Lenksystem und/oder Teil einer Steuerungseinrichtung für einen hydrostatischen Rad- oder Raupenantrieb sein. Ebenso können die Umschalteinrichtung sowie die Steuerungseinrichtung für das hydrostatische Lenksystem und/oder die Steuerungseinrichtung für den hydrostatischen Rad- oder Raupenantrieb eine übergeordnete Steuerungseinrichtung für das Notlenksystem bilden.
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Die Umschalteinrichtung des Notlenksystems kann beispielsweise ein Notlenk-Prioritätsventil umfassen, welches zwischen dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors und dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung angeordnet ist und den Volumenstrom in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung steuert.
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Insbesondere stellt das Notlenk-Prioritätsventil sicher, dass der Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung detektiert wird und - wenn notwendig - zur Druckversorgung des Hydraulikkreises der hydrostatischen Lenkung Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors abzuleiten. Der Druckabfall im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung kann beispielsweise durch einen Abfall eines Lastsignals in einer dem Notlenk-Prioritätsventil zugeordneten Lastsignalleitung erkannt. Zudem versorgt das Notlenk-Prioritätsventil die einzelnen Hydraulikkreisläufe ihrer Relevanz nach vorrangig mit Hydraulikfluid. Beispielsweise wird Hydraulikfluid, dass durch den im Pumpbetriebszustand laufenden Hydraulikmotor gefördert wird, somit vorrangig an den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung geleitet.
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Insbesondere kann das Notlenk-Prioritätsventil über eine hydraulische Verbindung mit dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung (z.B. eine Lastsignalleitung) angesteuert werden, sodass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert werden kann, wenn ein Druckabfall im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung auftritt. Beispielsweise ist das Notlenk-Prioritätsventil mit einem Druck vorgespannt, der einem minimalen Arbeitsdruck der hydrostatischen Lenkung entspricht. Fällt der Druck im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung unter diesen minimalen Arbeitsdruck (beispielsweise 4 bar oder 7 bar), öffnet das Notlenk-Prioritätsventil und Hydraulikfluid kann vom Hydraulikkreis des Hydraulikmotors in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert werden. Dies ist eine robuste Steuerung, sodass das Notlenksystem aktiviert werden kann auch wenn zahlreiche Systemkomponenten des Fahrzeugs, insbesondere komplexere Steuerungseinrichtungen, ausfallen. Somit ist das Notlenksystem sehr sicher.
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Weiterhin kann das Notlenksystem ein Druckreduzierventil umfassen, welches zwischen dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors und dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung angeordnet ist, wobei das Druckreduzierventil insbesondere zwischen dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors und dem und Notlenk-Prioritätsventil angeordnet ist. Das Druckreduzierventil kann einen Arbeitsdruck (beispielsweise 400 bar, 420 bar, oder 500 bar) eines Hochdruck-Hydraulikkreises des hydrostatischen Rad-/Raupenantriebs dem der Hydraulikmotor zugeordnet ist, soweit reduzieren (beispielsweise auf 180 bar), dass das vom Hydraulikmotor geförderte Hydraulikfluid im Hydraulikkreis des hydrostatischen Lenksystems nutzbar ist. Ebenso können Druckspitzen abgefangen werden. Somit können Schäden am Lenksystem vermieden werden.
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Weiterhin kann das Notlenksystem ein Rückschlagventil umfassen, welches zwischen dem Hydraulikmotor und einem Hydrauliktank angeordnet ist. Dieses Rückschlagventil ermöglicht es dem Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand Hydraulikfluid aus dem Hydrauliktank anzusaugen. Ein unmittelbarer Rückfluss von Hydraulikfluid vom Hydraulikmotor zum Hydrauliktank wird durch das Rückschlagventil vermieden. Somit können beispielsweise Leckagen im Hydraulikkreis des Lenksystems kompensiert werden.
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Der Hydraulikmotor kann beispielsweise ein Hydraulikmotor mit variablem Schluckvolumen sein. Das heißt, der Volumenstrom durch den Hydraulikmotor, der notwendig ist, um eine Umdrehung des Hydraulikmotors zu erreichen kann eingestellt werden. Je höher der Volumenstrom/Umdrehung ist, desto höher ist die vom Hydraulikmotor an das Rad übertragbare Antriebsleistung. Die Umschalteinrichtung kann in diesem Fall so eingerichtet sein, dass bei einem detektierten Druckabfall der Hydraulikmotor auf das minimale Schluckvolumen eingestellt wird. Somit wird pro Radumdrehung nur ein geringer Volumenstrom des Hydraulikfluids durch den im Pumpbetriebszustand befindlichen Hydraulikmotor gefördert. Dies ermöglicht den Aufbau eines hohen Hydraulikfluid-Drucks zur Versorgung des hydrostatischen Lenksystems.
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Insbesondere kann der Hydraulikmotor dazu eingerichtet sein im stromlosen Zustand automatisch auf das minimal eingestellte Schluckvolumen zu schwenken. Somit funktioniert das Notlenksystem auch bei Ausfall der (Motor)Steuerung. Beispielsweise wird der Hydraulikmotor im stromlosen Zustand auf „null“ Schluckvolumen geschwenkt, um eine zu abrupte Abbremsung zu vermeiden. Für den Fall ist beispielsweise eine Einstellschraube für das minimale Schluckvolumen vorgesehen.
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Ebenso ist es möglich, dass der Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand bei einem definierten, vorbestimmten Schluckvolumen betrieben wird, welches an den Volumen- und Druckbedarf des hydrostatischen Lenksystems angepasst ist.
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Insbesondere kann der Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand die Rotation des Rades in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umwandeln, unabhängig von einer Rotationsrichtung des Rades, sodass stets Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert wird. Dies ermöglicht das Bereitstellen einer Notlenkfunktion mittels des Notlenksystems in Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs. Hierzu können entsprechende Ventile im Hydraulikkreislauf des zumindest einen Hydraulikmotors vorgesehen sein.
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Weiterhin kann das Notlenksystem zumindest zwei Hydraulikmotoren umfassen, wobei jeder der zumindest zwei Hydraulikmotoren jeweils einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist das ihm zugeordnete Rad anzutreiben. Folglich liegt in dieser Ausführungsform eine 1:1 Zuordnung von Hydraulikmotoren:Rädern vor.
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Zumindest einer der zumindest zwei Hydraulikmotoren kann in einen Pumpbetriebszustand geschalten werden, um eine Rotation des ihm zugeordneten Rades in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umzuwandeln, sodass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert wird. Werden mehrere Hydraulikmotoren in einen Pumpbetriebszustand geschalten, kann der Volumenstrom des Hydraulikfluides redundant erzeugt werden, sodass die Sicherheit des Notlenksystems weiter erhöht werden kann. Zudem ist es möglich höhere Volumenströme bzw. höhere Drücke zu erreichen. Somit ist es möglich die Notlenkfunktion bis in den Stand des Fahrzeugs sicher bereitzustellen.
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Der zumindest eine Hydraulikmotor kann einem gelenkten Rad oder einem nicht-gelenkten Rad (bzw. einer Raupe) zugeordnet sein. Sind mehrere Hydraulikmotoren vorhanden, können diese gelenkten und nicht-gelenkten Rädern bzw. Raupen zugeordnet sein. Somit kann das Notlenksystem in unterschiedlichsten Fahrzeugen, insbesondere auch in All-Rad-Fahrzeugen, oder Raupenfahrzeugen eingesetzt werden.
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Der zumindest eine Hydraulikmotor und der Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung können einer gemeinsamen Hydraulikpumpe zugeordnet sein. Diese kann beispielsweise über einen Antriebsmotor (beispielsweise ein Verbrennungsmotor, wie ein Dieselmotor) des Fahrzeugs angetrieben sein. Somit können die notwendigen Komponenten des gesamten Hydrauliksystems weiter reduziert werden.
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Alternativ können der zumindest eine Hydraulikmotor und der Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung separaten Hydraulikpumpen zugeordnet sein. Dies erlaubt die Hydraulikpumpen an die jeweiligen Anforderungen der unterschiedlichen Hydraulikkreise optimal anzupassen. Insbesondere können so hydrostatische Rad-/Raupenantriebe, die mit sehr hohen Arbeitsdrücken arbeiten mit üblichen hydrostatischen Lenksystemen kombiniert werden.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Fahrzeug gelöst, welches das zuvor beschriebene Notlenksystem, eine hydrostatische Lenkung und zumindest einen hydrostatischen Rad-/Raupenantrieb umfasst. Der zumindest einen Hydraulikmotor des Notlenksystems ist ein Hydraulikmotor des hydrostatischen Rad-/Raupenantriebs und das hydrostatisches Lenkaggregat des Notlenksystems ist ein Lenkaggregat der hydrostatischen Lenkung.
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Das Fahrzeug kann jede Art von Fahrzeug sein. Insbesondere kann das Fahrzeug ein LKW, eine Baumaschine (z.B. Bagger, Kran, Radlader, oder dergleichen), ein Flurförderzeug (z.B. Gabelstapler) oder eine Landmaschine (z.B. Traktor, Mähdrescher, Futter-Mischwägen, oder dergleichen) sein.
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Sind mehrere Achsen des Fahrzeugs gelenkt, können mehrere Lenkaggregate und/oder mehrere Notlenksysteme vorhanden sein. Zudem ist es auch bei Fahrzeugen mit nur einer gelenkten Achse möglich das Lenkaggregat und/oder das Notlenksystem jedenfalls teilweise redundant auszubilden.
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Das Fahrzeug umfasst zudem zumindest ein Rad, typischerweise zumindest vier, wobei der zumindest eine Hydraulikmotor dem zumindest ein Rad zugeordnet ist, und wobei das Rad und der Hydraulikmotor nicht-kuppelbar verbunden sein können. Somit wird eine Rotation des Hydraulikmotors zwingend auf das Rad übertragen. Im Pumpbetriebszustand des Hydraulikmotors sorgt die nichtkuppelbare Verbindung dafür, dass das Rad den Hydraulikmotor stets antreiben kann und so ein Volumenstrom des Hydraulikfluides erzeugt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Hydraulikmotor beispielsweise über ein Differential einer Antriebsachse des Fahrzeugs, und mithin zumindest zwei Rädern zugeordnet sein. In diesem Fall kann bei einem Druckabfall im Hydraulikkreis des Lenksystems das Differenzial gesperrt werden, um eine bestmögliche Erzeugung des Volumenstroms zu gewährleisten.
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Das Fahrzeug kann zudem einen Antriebsmotor (beispielsweise einen Verbrennungsmotor, wie einen Dieselmotor) umfassen und ein leistungsverzweigtes Getriebe aufweist. Der Antriebsmotor stellt dann eine Antriebsleistung bereitstellt, wobei nur ein Teil der Antriebsleistung (vorzugsweise einstellbar von 0% bis 100%) mittels des hydrostatischen Rad-/Raupenantriebs an die angetriebenen Räder des Fahrzeugs bzw. die Raupen übertragen wird. Auch diese Fahrzeuge sind geeignet, mit dem Notlenksystem betrieben zu werden.
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Das Fahrzeug kann weiterhin eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, die einem Benutzer anzeigt, wenn das Notlenksystem aktiv ist. Dies ermöglicht dem Benutzer zweifelsfrei zu erkennen, ob ein Fehler vorliegt und auf Notlenkung umgestellt wurde. Die Anzeigeeinrichtung kann akustisch und/oder optisch sein. Insbesondere kann die Anzeigeeinrichtung ein Display umfassen, auf dem angezeigt wird, wenn das Notlenksystem aktiv ist und/oder war.
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Zudem kann das Fahrzeug dazu eingerichtet sein, eine Hydraulikpumpe, die der hydrostatischen Lenkung zugeordnet ist und/oder den Antriebsmotor (z.B. ein Verbrennungsmotor) abzuschalten, um das Notlenksystem testen zu können.
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Weiterhin kann die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Notlenken eines Fahrzeugs gelöst werden. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Notlenksystems, wie es vorstehend beschrieben wurde. Zudem umfasst das Verfahren das Detektieren eines Druckabfalls in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung, wobei bei detektiertem Druckabfall dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis des zumindest einen Hydraulikmotors zugeleitet wird.
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Insbesondere kann der Hydraulikmotor in einen Pumpbetriebszustand geschalten werden, und der Hydraulikmotor in diesem Pumpbetriebszustand, eine Rotation des Rades in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umwandeln, sodass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung gefördert wird.
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Dies ermöglicht die Funktionsfähigkeit hydrostatischen Lenkung möglichst lange aufrecht zu erhalten, insbesondere, solange das Fahrzeug in Bewegung ist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die beigefügten Figuren zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, diese ist illustrativ, jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer hydrostatischen Lenkung;
- 2 eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Radantriebs;
- 3 eine schematische Darstellung eines Notlenksystems, umfassend die hydrostatische Lenkung aus 1 sowie einen hydrostatischen Radantrieb gemäß 2;
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Notlenksystems, und
- 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Notlenksystem.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer hydrostatischen Lenkung 100. Diese hydrostatische Lenkung 100 kann zusammen mit einem Notlenksystem 10 (s. 3) in einem Fahrzeug (s. 4) eingesetzt werden.
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Diese hydrostatische Lenkung 100 weist keine mechanische Verbindung zwischen Lenkrad 110 und den zu lenkenden Rädern 2, 4 auf. Die hydrostatische Lenkung 100 umfasst ein Lenkaggregat 120 auf, welches an der Lenksäule 112 des Lenkrads 110 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Stellt ein Fahrer/eine Fahrerin eine Lenkwinkeländerung am Lenkrad 110, leitet das Lenkaggregat 120 eine der Lenkwinkeländerung (Einschlagswinkel und Einschlagsrichtung) entsprechende Menge Hydraulikfluid in den/die Lenkzylinder 140. In dem Lenkzylinder 140 ist ein Kolben 142 geführt, der durch das eingeleitete Hydraulikfluid gestellt wird. Der Kolben 142 ist mit einem Lenkgestänge 144 gekoppelt, sodass schließlich die Räder 2, 4 gemäß der gewünschten Lenkwinkeländerung einschlagen.
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Zusätzlich kann der Lenkvorgang durch Sensoren überwacht werden. Beispielsweise erfasst ein erster Sensor 152 den Kolben 144 bzw. den Lenkzylinder 142. Hier können beispielsweise die Kolbenstellung, die Kolbengeschwindigkeit und/oder der Lenkzylinderdruck überwacht werden. Ein zweiter Sensor 154 kann die Winkelstellung des Lenkrads 110 bzw. der Lenksäule 112 überwachen. Schließlich kann mit einem Drucksensor 156 der Druck in dem Hydraulikkreis des Lenksystems überwacht werden. Die Sensordaten können an eine Steuerungseinrichtung 150 übermittelt werden, die eine Ventileinheit 130 steuert bzw. regelt. Mittels der Ventileinheit 130 ist es möglich beispielsweise den von dem Lenkaggregat an den Lenkzylinder ausgegebenen Volumenstrom genauer zu steuern/regeln.
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Ebenso ist es möglich, dass das Lenkrad 110 keine mechanische Verbindung zu dem Lenkaggregat hat. In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung 150, zusammen mit zumindest einem der Sensoren 152, 154, 156 eine Drive-by-Wire Funktion bereitstellen.
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Die Steuerungsvorrichtung 150 und insbesondere der Drucksensor 156 können Teil der Umschalteinrichtung sein, welche im Notlenksystem 10 dazu dient, einen Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 zu detektieren, und bei detektiertem Druckabfall den Hydraulikmotor 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' (s. 2) in einen Pumpbetriebszustand zu schalten.
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Die hydrostatische Lenkung 100 umfasst zudem eine Hydraulikpumpe 210a, die den erforderlichen Hydraulikdruck für das Lenksystem 100 bereitstellt. Die Hydraulikpumpe 210a kann nur dem Lenksystem 100 zugeordnet sein, oder auch andere Hydraulikkreise mit Hydraulikfluid versorgen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Radantriebs 200. Der gezeigte hydrostatische Radantrieb umfasst sechs Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'', die jeweils einem Rad 2, 4, 2', 4', 2'', 4'' eines des Fahrzeugs 1 zugeordnet sind. Es versteht sich, dass die Anzahl der Räder und der Hydraulikmotoren je nach Fahrzeug variieren kann. Ebenso kann der gezeigte Antrieb ein Raupenantrieb sein. In der gezeigten Ausführungsform sind die Räder 2 und 4 gelenkte Räder, die übrigen Räder 2', 2'', 4', 4'' sind nicht-lenkbar. Der gezeigte hydrostatischen Radantrieb 200 kann auch in Fahrzeugen mit mehreren gelenkten Achsen/Rädern eingesetzt werden.
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Die Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' werden über zumindest eine Hydraulikpumpe 210b mit Hydraulikfluid versorgt, die den erforderlichen Hydraulikdruck für den Radantrieb 200 bereitstellt. Die Hydraulikpumpe 210b kann nur dem Radantrieb 200 zugeordnet sein, oder auch andere Hydraulikkreise mit Hydraulikfluid versorgen.
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Über hydraulische Stelleinrichtung 230, 232, 234 kann eine Steuerungseinrichtung 250 die Hydraulikfluidzufuhr zu den einzelnen Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' steuern/regeln. Die Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' können zudem Hydraulikmotoren mit variablen Schluckvolumen sein, die durch die Steuerungseinrichtung 250 gesteuert oder geregelt werden können. Auch die Steuerungsvorrichtung 250 kann Teil der Umschalteinrichtung sein, welche im Notlenksystem 10 dazu dient, einen Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 zu detektieren, und bei detektiertem Druckabfall den Hydraulikmotor 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' in einen Pumpbetriebszustand zu schalten. Ebenso kann die Steuerungsvorrichtung 250 die Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'' auf ein minimales Schluckvolumen einstellen, wenn der Druckabfall im Hydraulikkreis der Lenkung detektiert wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Notlenksystems 10, umfassend die hydrostatische Lenkung 100 aus 1 sowie einen hydrostatischen Radantrieb 200 gemäß 2. Die Hydraulikkreise der Lenkung 100 und des Radantriebs 200 werden durch eine gemeinsame Hydraulikpumpe 210b gespeist. Zudem sind die Hydraulikkreise der Lenkung 100 und des Radantriebs 200 über ein erstes Prioritätsventil 14 gekoppelt. Das Prioritätsventil 14 stellt sicher, dass der Hydraulikkreis des Lenksystems 100 vorrangig mit Hydraulikfluid versorgt wird.
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Optional kann eine hydraulische Stelleinrichtung 236 vorgesehen sein, die die Verteilung des Hydraulikfluides in den Hydraulikkreis des Radantriebs und in den Hydraulikkreis der Lenkung regelt/steuert. Zudem kann die hydraulische Stelleinrichtung 236 dazu eingerichtet sein, den von der Hydraulikpumpe 210 bereitgestellten Druck an einen gewünschten Arbeitsdruck des jeweiligen Hydraulikkreises anzupassen. Beispielsweise kann der Hydraulikkreis des Radantriebs 200 ein Hockdruckkreis (Arbeitsdruck ca. 200 bar) und der Hydraulikkreis der Lenkung ein Niedrigdruckkreis (Arbeitsdruck ca. 7 bar) sein.
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Das Notlenksystem 10 umfasst das Lenkaggregat 120 der hydrostatischen Lenkung 100. Das Lenkaggregat 120 ist dazu eingerichtet einem Lenkzylinder 140 entsprechend einer Lenkwinkeländerung Hydraulikfluid zuleiten, um das Fahrzeug zu lenken. Zudem umfasst das gezeigte Notlenksystem Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224', 224'', die jeweils einem Rad 2, 4, 2', 4', 2'', 4'' des Fahrzeugs 1 zugeordnet und dazu eingerichtet sind, das jeweilige Rad anzutreiben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikmotor 224' hydraulisch mit einem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 verbunden. Es versteht sich, das auch weitere (oder alle) Hydraulikmotoren 222, 222', 222'', 224, 224'' mit dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 verbunden sein können.
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Wird ein Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 detektiert, wird der Hydraulikmotor 224' in einen Pumpbetriebszustand geschalten. Der Hydraulikmotor 224' kann dann eine Rotation des Rades 4' in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umwandeln, sodass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 gefördert wird. Somit kann die Lenkung des Fahrzeugs solange sichergestellt werden, bis das Rad aufhört zu drehen und das Fahrzeug sicher steht.
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Zwischen dem Hydraulikmotor 224' und dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 sind ein Druckreduzierventil 18 und ein Notlenk-Prioritätsventil 15 angeordnet.
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Das Notlenk-Prioritätsventil 15 wird so über eine hydraulische Verbindung mit dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 angesteuert, dass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 gefördert werden kann, das Notlenk-Prioritätsventil also öffnet, wenn ein Druckabfall im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung auftritt.
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Weiterhin ist ein Rückschlagventil 17 vorgesehen, welches zwischen dem Hydraulikmotor 224' und einem Hydrauliktank 12 angeordnet ist, und dem Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand ermöglicht Hydraulikfluid aus dem Hydrauliktank 12 anzusaugen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Notlenksystems 10, umfassend eine hydrostatische Lenkung 100 sowie einen hydrostatischen Radantrieb 200. Die Hydraulikkreise der Lenkung 100 und des Radantriebs 200 werden durch zwei separate Hydraulikpumpen 210a, 210b gespeist.
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Neben den Hydraulikkreisen der Lenkung 100 und des Radantriebs 200 können weitere Hydraulikkreise 300 vorhanden sein, die zusätzliche Funktionen bereitstellen (z.B. der Antrieb eines Baggerarms, ...). Über ein erstes Prioritätsventil 14 sind diese weiteren Hydraulikkreise 300 mit dem Hydraulikkreis der Lenkung 100 gekoppelt. Das Prioritätsventil 14 stellt sicher, dass der Hydraulikkreis des Lenksystems 100 vorrangig mit Hydraulikfluid versorgt wird.
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Das Notlenksystem 10 umfasst das Lenkaggregat 120 der hydrostatischen Lenkung 100. Das Lenkaggregat 120 ist dazu eingerichtet einem Lenkzylinder 140 entsprechend einer Lenkwinkeländerung Hydraulikfluid zuleiten, um das Fahrzeug zu lenken. Zudem umfasst das gezeigte Notlenksystem 10 einen Hydraulikmotor 220 der einer Achse der Räder 2, 4, des Fahrzeugs 1 zugeordnet ist. Der Hydraulikmotor 220 ist dazu eingerichtet die Achse und mithin die Räder 2, 4 anzutreiben. Der Hydraulikmotor wird über einen Verbrennungsmotor 20 und eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Hydraulikpumpe 210b angetrieben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikmotor 220 zudem hydraulisch mit einem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 verbunden. Die hydrostatischen Lenkung 100 wird über die Hydraulikpumpe 210a, die wiederum von dem Verbrennungsmotor 20 angetrieben wird mit Hydraulikfluid versorgt.
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Wird ein Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 detektiert, kann in einem ersten Ausfallszenario der Hydraulikmotor 220 in einen Pumpbetriebszustand geschalten werden. Dieses Ausfallszenario entspricht dem Ausfall des Verbrennungsmotors. In diesem Fall kann der Hydraulikmotor 220 eine Rotation der Räder 2, 4 in einen Volumenstrom des Hydraulikfluides umwandeln, sodass Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors 220 über das Umschaltventil 16, das Druckreduzierventil 18 und das Notlenkprioritätsventil 15 in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 gefördert wird. Somit kann die Lenkung des Fahrzeugs solange sichergestellt werden, bis das Rad aufhört zu drehen und das Fahrzeug sicher steht.
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Das Notlenk-Prioritätsventil 15 wird so über eine hydraulische Verbindung (Lastsignalleitung 19) mit dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 angesteuert, dass Hydraulikfluid in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 gefördert werden kann, das Notlenk-Prioritätsventil also öffnet, wenn ein Druckabfall im Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung auftritt.
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Weiterhin ist ein Rückschlagventil 17 vorgesehen, welches zwischen dem Hydraulikmotor 220 und einem Hydrauliktank 12 angeordnet ist, und dem Hydraulikmotor im Pumpbetriebszustand ermöglicht Hydraulikfluid aus dem Hydrauliktank 12 anzusaugen.
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In einem zweiten Ausfallszenario (Ausfall der Hydraulikpumpe 210a) wird ebenfalls ein Druckabfall in dem Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 detektiert. Der Druck im Hydraulikkreis des Hydraulikmotors 220 ist jedoch nicht abgefallen, da der Verbrennungsmotor 20 und die Hydraulikpumpe 210b weiterhin arbeiten.
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In diesem Fall kann die Hydraulikpumpe 210b des Hydraulikkreises des Hydraulikmotors 220 Hydraulikfluid aus dem Hydraulikkreis des Hydraulikmotors 220 über das Umschaltventil 16, das Druckreduzierventil 18 und das Notlenkprioritätsventil 15 in den Hydraulikkreis der hydrostatischen Lenkung 100 fördern. Somit kann die Lenkung des Fahrzeugs auch bei Ausfall der Hydraulikpumpe 210a sichergestellt werden.
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5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Notlenksystem 10, sowie einer hydrostatischen Lenkung 100 und einem hydrostatischen Radantrieb 200.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2, 4
- Rad
- 2', 4'
- Rad
- 2'', 4''
- Rad
- 10
- Notlenksystem
- 12
- Hydrauliktank
- 14
- Prioritätsventil
- 15
- Notlenk-Prioritätsventil
- 16
- Umschaltventil
- 17
- Rückschlagventil (Nachsaugventil)
- 18
- Druckreduzierventil
- 19
- Lastsignalleitung
- 20
- Verbrennungsmotor
- 100
- hydrostatische Lenkung
- 110
- Lenkrad
- 112
- Lenksäule
- 120
- Lenkaggregat
- 130
- Ventileinheit
- 140
- Lenkzylinder
- 142
- Lenkkolben
- 144
- Lenkgestänge
- 150
- Steuerungseinrichtung
- 152
- Sensor
- 154
- Sensor
- 156
- Sensor
- 200
- hydrostatischer Radantrieb
- 210a
- Hydraulikpumpe
- 210b
- Hydraulikpumpe
- 220
- Hydraulikmotor
- 222
- Hydraulikmotor
- 224
- Hydraulikmotor
- 222'
- Hydraulikmotor
- 224'
- Hydraulikmotor
- 222''
- Hydraulikmotor
- 224''
- Hydraulikmotor
- 230
- hydraulische Stelleinrichtung
- 232
- hydraulische Stelleinrichtung
- 234
- hydraulische Stelleinrichtung
- 236
- hydraulische Stelleinrichtung
- 250
- Steuerungseinrichtung
- 300
- Hydraulikkreis (weitere Funktionen)
