DE4025113C2 - Vollhydraulische Lenkeinrichtung für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine vollhydraulische Lenkeinrich­ tung für Fahrzeuge mit einer Hydraulikpumpe, die mit einem von einem Lenkhandrad betätigbaren Steuerventil in Verbindung steht, einer Lenkmotoranordnung und einer Lenkmeßeinrichtung, die die Menge des der Lenkmotoranordnung durch das Steuerventil zuzuführenden Hydraulikfluids steuert, wobei eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, die mit Hilfe eines Kurzschlußventils einen Kurzschluß für das Hydraulikfluid über die Lenkmeßeinrichtung herstellt.

Bei einer bekannten Lenkeinrichtung dieser Art (JP 63-125 474 A) wird durch ein Lenkhandrad ein Lenkventil in einer Steuereinrichtung geöffnet, durch das Hydraulikfluid zu einem Lenkmotor geleitet wird. Das Hydraulikfluid wird ebenfalls einer Lenkmeßeinrichtung, z. B. einem Meßmotor oder einer Meßpumpe, zugeführt, die das Lenkventil wieder schließt, wenn eine dem Drehwinkel des Lenkhandrades entsprechende Menge an Hydraulikfluid zum Lenkmotor geflossen ist. Jeder Stellung des Lenkhandrades ist also eine bestimmte Stellung des Lenkmotors zugeordnet, die durch die Menge des dem Lenkmotor zugeflossenen Hydraulikfluids bestimmt ist. Im bekannten Fall wird durch das Kurzschlußventil ein schaltbarer Kurzschlußpfad gebildet, mit dessen Hilfe Abweichungen zwischen der Stellung des Lenkhandrades und der des Lenkmotors kompensiert werden können.

Um die gelenkten Räder vollständig einzuschlagen, oder, bei knickgesteuerten Fahrzeugen, das Fahrzeug vollständig einknicken zu lassen, sind in der Regel mehrere Lenkhandradumdrehungen notwendig. Trotz der Unterstützung durch die Hydraulik kann dies für den Fahrer auf Dauer eine erhebliche körperliche Anstrenung bedeuten, insbesondere dann, wenn das Fahrzeug rangiert werden muß oder ein häufiger Richtungswechsel vorgenommen werden muß, wie dies beispielsweise bei Baustellenfahrzeugen der Fall sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bedienung der Lenkung mit einfachen Mitteln zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird durch eine vollhydraulische Lenkein­ richtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Betätigungseinrichtung bei Betätigung mit Hilfe einer Bremseinrichtung die Lenkmeßeinrichtung mechanisch festhält.

Indem die Bremseinrichtung die Lenkmeßeinrichtung, d. h. den Meßmotor oder die Meßpumpe, mechanisch festhält, verhindert sie eine Betätigung der Lenkmeßeinrichtung durch das Hydraulikfluid. Die Lenkmeßeinrichtung kann das Steuerventil nicht mehr schließen. Andererseits wird der Fluß des Hydraulikfluids aber nicht blockiert, da gleichzeitig mit dem Festhalten der Lenkmeßeinrichtung ein Kurzschlußpfad eingerichtet wird, der die Lenkmeß­ einrichtung überbrückt. In dem Hydraulikkreislauf zwi­ schen Pumpe und Lenkmotoranordnung verbleibt das Steuer­ ventil, das durch das Lenkhandrad betätigt werden kann. Dieses Steuerventil funktioniert nun als einfaches Pro­ portionalventil, so daß mit der Betätigung des Lenkhand­ rades die Geschwindigkeit eingestellt werden kann, mit der die Lenkmotoranordnung betätigt wird. Solange das Lenkhandrad in eine Richtung verdreht bleibt, arbeitet die Lenkmotoranordnung, bis sie an einen Anschlag ge­ langt, ohne daß die Position der Lenkmotoranordnung durch die Stellung des Lenkhandrades definiert wäre. Das Lenkhandrad hat in diesem Fall die Funktion des Schaltknüppels oder Joysticks übernommen. Der Fahrer kann durch einfaches Drehen des Lenkhandrades um wenige Grad ein vollständiges Einschlagen der Räder bzw. ein vollständiges Einknicken des Fahrzeuges erreichen, ohne daß er einen großen körperlichen Kraftaufwand leisten muß. Abgesehen von einem Umschalter sind keine zusätz­ lichen Bedienungselemente im Fahrerhaus des Fahrzeugs erforderlich. Der Fahrer kann das Fahrzeug mit dem auch normalerweise zum Lenken verwendeten Lenkhandrad lenken. Die Mittel, um diese Funktion zu realisieren, beschränken sich auf ein Kurzschlußventil und eine mechanische Brem­ se.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Betätigungs­ einrichtung hydraulisch über ein Pilotventil betätigbar. Der Fahrer muß also selbst praktisch keine Kraft auf­ bringen, um die Bremse zu betätigen. Die Bremsung, d. h. das Festhalten der Lenkmeßeinrichtung, wird hydraulisch unterstützt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Betäti­ gungseinrichtung einen in einem Hohlzylinder, in den mit den Anschlußkanälen für die Lenkmeßeinrichtung ver­ bundene Kurzschlußkanäle münden, verschiebbaren Kolben mit einer umlaufenden Ringnut, der die Kurzschlußkanäle in jeder Lage überdeckt, auf, der in seiner Brems-Endlage die Lenkmeßeinrichtung festhält und mit der umlaufenden Ringnut die Kurzschlußkanäle miteinander verbindet. Die Kurzschlußkanäle sind jederzeit von dem Kolben über­ deckt. Solange sich die Ringnut nicht im Bereich der Kurzschlußkanäle befindet, sind die Kurzschlußkanäle voneinander getrennt. Es kann kein Hydraulikfluid von einem Kurzschlußkanal zum andern gelangen. In dieser Position ist die Lenkmeßeinrichtung auch noch voll funk­ tionsfähig, so daß die vollhydraulische Lenkeinrichtung normal funktioniert, d. h. die Auslenkung des Lenkmotors ist proportional zur Verdrehung des Lenkhandrades. Durch die Ausbildung des Kolbens ist aber sichergestellt, daß genau in der Endlage, in der die Lenkmeßeinrichtung durch die Betätigungseinrichtung, d. h. den Kolben, fest­ gehalten wird, die Kurzschlußkanäle miteinander verbun­ den werden.

Dabei ist bevorzugt, daß der Kolben als einseitig in Richtung auf die Lenkmeßeinrichtung offener Hohlkolben mit Kolbenboden ausgebildet ist, in dem ein Bremskolben geführt ist, der sich gegen den Kolbenboden über eine Feder abstützt. Der Kolben wird auf der dem Bremskolben abgewandten Seite durch das Hydraulikfluid mit Druck beaufschlagt und bewegt sich in Richtung auf die Lenkmeß­ einrichtung zu. Durch die Ringnut werden die Kurzschluß­ kanäle kurzgeschlossen. Der Bremskolben kommt in Kontakt mit der Lenkmeßeinrichtung und hält diese fest. Hierbei kann vorgesehen sein, daß der Kurzschluß hergestellt wird, kurz bevor die Lenkmeßeinrichtung festgehalten wird. Bei einer weiteren Erhöhung des Drucks wird die Feder zwischen Kolben und Bremskolben zusammengedrückt, bis Kolben und Bremskolben miteinander in Kontakt kom­ men. Ab diesem Zeitpunkt kann der volle Hydraulikdruck zum Festhalten der Lenkmeßeinrichtung verwendet werden.

Dabei ist bevorzugt, daß die Bremseinrichtung als Rei­ bungsbremse ausgebildet ist. Die Lenkmeßeinrichtung kann also in jeder Position festgehalten werden.

Wenn die Lenkmeßeinrichtung ein Sternrad und eine Vertei­ lerplatte aufweist, ist es vorteilhaft, daß diese bei­ den Teile mit Hilfe des Kolbens miteinander in Reibschluß bringbar sind. Das Festhalten der Lenkmeßeinrichtung erfolgt also dadurch, daß sich das Sternrad und die Verteilerplatte nicht mehr gegeneinander verdrehen kön­ nen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben drehfest mit der Lenkmeßeinrichtung verbunden, wobei der Kolben durch eine Verschiebung in Axialrich­ tung im Hohlzylinder drehfest festlegbar ist. Solange der Kolben nicht in seine Brems-Endlage verfahren worden ist und die Kurzschlußkanäle kurzgeschlossen hat, ist er im Zylinder frei drehbar. In seiner Endlage wird jedoch eine Drehung des Kolbens verhindert, wodurch ebenfalls eine Drehung der Lenkmeßeinrichtung verhindert wird. Der Kolben kann beispielsweise drehfest mit dem Sternrad verbunden sein.

Mit Vorteil weist der Hohlzylinder an seinem der Lenk­ meßeinrichtung zugewandten Ende Vorsprünge auf, auf die die Kolben mit Ausnehmungen auf dem entsprechenden Ende aufschiebbar ist. Auf diese Art und Weise läßt sich durch eine Axialverschiebung der Kolben in Drehrich­ tung entweder freigeben oder blockieren. Dabei ist bevor­ zugt, daß die Vorsprünge als Innenverzahnung und die Ausnehmungen als Außenverzahnungen ausgebildet sind. Bei einer entsprechend kleinen Zahnteilung läßt sich die Lenkmeßeinrichtung in eine Vielzahl von definierten Winkelstellungen festlegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipbild der Lenkeinrichtung,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform von Bremse und Kurz­ schlußventil und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform von Bremse und Kurz­ schlußventil.

Eine vollhydraulische Lenkeinrichtung 1 weist eine Pumpe 2 auf, die Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 3 entnimmt und sie einem Steuerventil 4, das durch ein Lenkhandrad 5 betätigbar ist, zuführt. Das Lenkhandrad ist mit einer Lenkwelle 6 verbunden, die nicht nur das Steuerventil 4 betätigt, sondern auf der ebenfalls eine als Meßmotor 7 ausgebildete Lenkmeßeinrichtung angeordnet ist. Die Lenkmeßeinrichtung kann auch als Meßpumpe ausgebildet sein. Das Steuerventil 4 ist ebenfalls mit einem Lenk­ motor 8 verbunden. Der Lenkmotor 8 weist zwei Arbeits­ räume 9 und 10 und einen dazwischenliegenden Lenkkolben 20 auf. Durch Druckbeaufschlagung des einen oder des anderen Arbeitsraumes 9, 10 wird der Lenkkolben 20 und damit ein nicht mehr dargestelltes Lenkgestänge in die eine oder andere Richtung verschoben.

In der dargestellten Neutralstellung n fließt die Hydrau­ likflüssigkeit von der Pumpe 2 durch das Steuerventil 4 unmittelbar zurück zum Tank. Die beiden Arbeitsräume 9, 10 des Lenkmotors 8 sind über den Meßmotor 7 mitein­ ander verbunden. Wird das Steuerventil 4 durch das Lenk­ handrad in die Stellung 1 ausgelenkt, fließt Hydraulik­ flüssigkeit von der Pumpe 2 durch eine Leitung 18 zum Meßmotor 7 und von dort durch eine Leitung 19 zurück zum Steuerventil 4, von wo aus sie in den Arbeitsraum 10 des Lenkmotors 8 gelangt. Der Lenkkolben 20 des Lenk­ motors 8 wird dann nach links verschoben. Die aus dem Arbeitsraum 9 verdrängte Hydraulikflüssigkeit gelangt durch das Steuerventil 4 zum Tank 3 zurück. Der Meßmotor 7, der durch die Hydraulikflüssigkeit angetrieben wird, schließt das Steuerventil 4, wenn eine vorbestimmte Menge von Hydraulikflüssigkeit, die durch die Verdre­ hung, d. h. den Drehwinkel, des Lenkhandrades 5 definiert ist, in den Lenkmotor 8 geflossen ist. Wenn der Lenk­ kolben 20 um eine den Drehwinkel des Lenkhandrades 5 entsprechende Strecke verschoben worden ist, befindet sich das Steuerventil 4 wieder in seiner Neutralstel­ lung. Jeder Winkelstellung des Lenkhandrades 5 ist also eine Stellung des Lenkkolbens 20 zugeordnet. Wenn der Fahrer also ein vollständiges Einschlagen der Räder seines Fahrzeuges oder, bei einem knickgesteuerten Fahr­ zeug, ein vollständiges Einknicken des Fahrzeugs errei­ chen will, muß er das Lenkhandrad um einen entsprechen­ den Drehwinkel verdrehen, d. h. es sind unter Umständen mehrere Umdrehungen des Lenkhandrades 5 erforderlich.

Um die Betätigung zu erleichtern, ist eine Betätigungs­ einrichtung 13 vorgesehen, die durch ein mit Hilfe eines Schalters 11 betätigbares Pilotventil 12 betätigt werden kann. Die Betätigungseinrichtung 13 schließt bei Betäti­ gung durch das Pilotventil 12 mit Hilfe eines Kurzschluß­ ventils 14 den Hydraulikkreislauf über den Meßmotor 7 kurz und hält den Meßmotor 7 mit Hilfe einer Bremsein­ richtung 15 fest. Um den Kurzschluß herstellen zu kön­ nen, sind die Hydraulikleitungen 18, 19 mit Kurzschluß­ leitungen 16, 17 verbunden, die durch das Kurzschlußven­ til 14 miteinander verbunden werden können. Das Pilot­ ventil ist mit seinem Anschluß P mit dem Ausgang der Pumpe 2 und seinem Anschluß T mit einem Tankeingang verbunden.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Betätigungs­ einrichtung. Der Meßmotor 7 weist eine Verteilerplatte 21 und ein Sternrad 22, das in einem Außenrad 23 orbi­ tiert, auf. Die Betätigungseinrichtung 13 weist einen Hohlzylinder 24 auf, in dem ein einseitig in Richtung auf den Meßmotor 7 offener Hohlkolben 25 mit einem Kol­ benboden 26 auf der gegenüberliegenden Seite axial ver­ schiebbar geführt ist. Der Hohlkolben 25 weist eine Ringnut 27 auf. Im Hohlzylinder 24 ist eine Rückstell­ feder 28 angeordnet, gegen die der Hohlkolben 25 ver­ schiebbar ist. Im Hohlkolben 25 ist ein Bremskolben 29 angeordnet, der durch eine am Kolbenboden 26 abge­ stützte Feder 30 in Richtung auf den Meßmotor 7 gedrückt wird. Der Bremskolben 29 wird dabei in dem Hohlkolben 25 mit Hilfe eines Sprengrings 31 festgehalten, ist aber in den Hohlkolben 25 hinein gegen die Kraft der Feder 30 axial verschiebbar. Der Hohlzylinder 24 kann über einen Anschluß 32, der mit dem Pilotventil verbunden ist, mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden. Wenn das Pilotventil eine Verbindung zwischen dem Anschluß 32 und der Pumpe 2 herstellt, wird der Hohlkolben 25 gegen die Kraft der Feder 28 in Richtung auf den Meßmotor 7 bewegt. Hierbei schließt die Ringnut 27 die Kurzschluß­ kanäle 16, 17 kurz. Dabei kommt der Bremskolben 29 in Kontakt mit dem Sternrad 22 des Meßmotors 7. Der Hohl­ kolben 25 bewegt sich weiter und kommt schließlich in Kontakt mit dem Bremskolben 29, den er mit dem vollen Hydraulikdruck auf das Sternrad 22 preßt. Das Sternrad 22 wird dadurch an die Verteilerplatte 21 gepreßt, so daß der Meßmotor hierbei durch Reibschluß festgehalten wird. In dieser Brems-Endlage sind die Kurzschlußkanäle 16, 17 durch die Ringnut 27 vollständig kurzgeschlossen.

Bei Lenkeinrichtungen mit großer Verdrängung können Fälle auftreten, in denen der Reibschluß nicht ausrei­ chend ist. Es können nämlich Momente entstehen, die größer als das durch den Reibschluß erzeugte Bremsmoment sind. Für derartige Fälle ist in Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Betätigungseinrichtung gezeigt. Bauteile, die denen der Fig. 2 entsprechen, sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Der Hohlkolben 125 ist gegen die Kraft der Feder 128 in dem Hohlzylinder 124 axial verschiebbar gelagert. Die Verschiebung kann durch Zufuhr von Hydraulikfluid durch den Anschluß 132 bewirkt werden. Der Hohlkolben 125 ist in dem Hohlzylin­ der 124 auch drehbar. Der Hohlkolben 125 ist drehfest mit einer Welle 40 verbunden, die ebenfalls drehfest mit dem Sternrad 122 verbunden ist. Zu diesem Zweck kann die Welle an ihren beiden Enden beispielsweise eine Außenverzahnung 41, 42 aufweisen, die in eine ent­ sprechende Innenverzahnung von Hohlzylinder 125 bzw. Sternrad 122 eingreift. Die Innenverzahnung im Hohlzylin­ der 125 hat eine solche Länge, daß der Hohlzylinder 125 auf der Welle 40 um eine vorbestimmte Strecke ver­ schiebbar ist. Der Hohlzylinder weist an seinem dem Meßmotor 107 zugewandten Ende eine Innenverzahnung oder Vorsprünge 45 auf. Der Hohlkolben 125 weist an seinem entsprechenden Ende auf der Außenseite eine Außenverzah­ nung bzw. Ausnehmungen 46 auf. Wenn der Hohlkolben 125 in Richtung auf den Meßmotor 107 verschoben wird, greift die Innenverzahnung bzw. die Vorsprünge 45 in die Außen­ verzahnung bzw. die Ausnehmungen 46. Der Hohlkolben 125 ist dann nicht mehr länger in dem Hohlzylinder 124 drehbar, sondern ist gegenüber dem Hohlzylinder 124 und damit gegenüber dem Gehäuse in Drehrichtung festge­ legt. Gleichzeitig ist aber auch das Sternrad 122, das gegenüber dem Hohlkolben 125 drehfest gelagert ist, in Drehrichtung festgelegt. Wenn der Hohlkolben 125 so weit verschoben worden ist, daß die Innenverzahnung 45 und die Außenverzahnung 46 miteinander in Eingriff kommen, hat die Ringnut 127 auch die Kurzschlußkanäle 116, 117 kurzgeschlossen.

Claims (9)

1. Vollhydraulische Lenkeinrichtung für Fahrzeuge mit einer Hydraulikpumpe (2), die mit einem von einem Lenkhandrad betätigbaren Steuerventil (4) in Verbindung steht, einer Lenkmotoranordnung und einer Lenkmeßeinrichtung, die die Menge des der Lenkmotoranordnung durch das Steuerventil zuzuführenden Hydraulikfluids steuert, wobei eine Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, die mit Hilfe eines Kurzschlußventils einen Kurzschluß für das Hydraulikfluid über die Lenkmeßeinrichtung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (13) bei Betätigung mit Hilfe einer Bremseinrichtung (15) die Lenkmeßeinrichtung (7) mechanisch festhält.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Betätigungseinrichtung (13) hydraulisch über ein Pilotventil (12) betätigbar ist.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (13, 113) einen in einem Hohlzylinder (24, 124), in den mit Anschlußkanälen (18, 19) für die Lenkmeßein­ richtung (7, 107) verbundene Kurzschlußkanäle (16, 17; 116, 117) münden, verschiebbaren Kolben (25, 125) mit einer umlaufenden Ringnut (27, 127), der die Kurzschlußkanäle (16, 17; 116, 117) in jeder Lage überdeckt, aufweist, der in seiner Brems-Endlage die Lenkmeßeinrichtung (7, 107) festhält und mit der umlaufenden Ringnut (27, 127) die Kurzschlußkanä­ le (16, 17; 116, 117) miteinander verbindet.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (25) als einseitig in Richtung auf die Lenkmeßeinrichtung (7) offener Hohlkolben mit Kolbenboden (26) ausgebildet ist, in dem ein Bremskolben (29) geführt ist, der sich gegen den Kolbenboden (26) über eine Feder (30) abstützt.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (15) als Rei­ bungsbremse ausgebildet ist.

6. Lenkeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkmeßeinrichtung (7) ein Sternrad (22) und eine Verteilerplatte (21) aufweist, die mit Hilfe des Kolbens (25) miteinander in Reibschluß bringbar sind.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (125) drehfest mit der Lenkmeß­ einrichtung (107) verbunden ist, wobei der Kolben (125) durch eine Verschiebung in Axialrichtung im Hohlzylinder (124) drehfest festlegbar ist.

8. Lenkeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hohlzylinder (124) an seinem der Lenk­ meßeinrichtung (107) zugewandten Ende Vorsprünge (45) aufweist, auf die der Kolben (125) mit Ausneh­ mungen (46) auf dem entsprechenden Ende aufschiebbar ist.

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorsprünge (45) als Innenverzahnung und die Ausnehmungen (46) als Außenverzahnung ausge­ bildet sind.