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Stand der Technik
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Eine bekannte Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
(DT-AS 15 55 942) weist auf dem Vorderwagen ein manuell betätigbares Lenkgetriebe
auf, welches über ein Obertragungsgestänge und eine um den Drehzapfen des Knickgelenks
schwenkbare Hebelanordnung, eine auf dem Hinterwagen angeordnete Ventileinrichtung
betätigt. Eine solche Ventileinrichtung ist vorzugsweise als 4/3-Wegeventil (z.
B. DT-OS 2 034 092, Fig. 1) ausgeführt und dient zum Steuern der beiden Stellmotoren.
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Bei derartigen knickgelenkten Fahrzeugen können sich wegen der zu
bewegenden hohen Lenkmassen und der hierzu nötigen hohen Lenkleistung dynamische
Probleme ergeben, die Lenkungenauigkeiten verursachen. Zur Vermeidung derartiger
Nachteile im Betriebsverhalten erhalten die bekannten Ventileinrichtungen verhältnismäßig
große Steuerwege. Diese großen Steuerwege lassen sich durch die Wahl der Anlenkpunkte
der Ventileinrichtung an der Hebelanordnung (DT-PS 15 55 942, Fig. 7) individuell
auf das jeweilige Fahrzeug abstimmen. Die durch das bekannte Lenksteuergestänge
beispielsweise betätigte Ventileinrichtung (DT-OS 2 034 092) arbeitet nach dem Prinzip
der sogenannten "offenen Mitte", d. h. in der Neutralstellung ist eine Verbindung
von einer Pumpe zu einem ölbehälter vorhanden.
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Die Pumpe liefert hierbei einen konstanten zustrom und der gewünschte
Druck in den Stellmotoren wird durch mehr oder weniger weites Offnen der in der
Ventileinrichtung wirksamen Steuerkanten geregelt.
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Bei Verwendung einer Druckquelle, die einen konstanten Druck liefert,
z. B. in Fahrzeugen, die mit einer Zentral hydraulik ausgerüstet sind, fördert die
Pumpe in einen Druckspeicher. Durch eine derartige Anordnung ist es ermöglicht,
daß weitere von der hydraulischen Lenkeinrichtung unabhängige Verbraucher von einer
einzigen Druckquelle versorgt werden.
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Hierzu ist es jedoch notwendig, daß die verwendete Ventileinrichtung
nach dem Prinzip der "geschlossenen Mitte" arbeitet, d. h. in der Neutralstellung
der Ventileinrichtung darf kein Drucköl zum Behälter abströmen.
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Wird ein konstanter Druck in der mit den Stellmotoren verbindbaren
Zulaufsteuernut der Ventileinrichtung bereitgestellt, so genügt bereits eine kleine
Uffnung dieser Steuernut in Richtung zu den Stellmotoren, um dort den vollen Druck
wirken zu lassen.
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Ein derartiges Lenksystem würde daher keine eindeutige Zuordnung
zwischen dem Weg des Steuerkolbens der Ventileinrichtung und dem in den Stellmotoren
erzeugten Druck gewährleisten. Aus diesem Grunde ist es in Lenksystemen, die mit
einem Konstantdruck arbeiten, nicht möglich, durch einfache Vergrößerung des Steuerweges
das zum Stellmotor strömende Druckol so fein zu dosieren, daß das Lenksystem bei
dynamischer Beanspruchung ausreichend stabil arbeitet.
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Aufgabe und Lösung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die hydraulische Lenkung eines schweren Fahrzeugs mit Knickgelenk über den Druckspeicher
einer Zentral hydraulik zu betreiben. Hierzu ist eine auf die besonderen Betriebsverhältnisse
abgestimmte Ventileinrichtung erforderlich, die ein schnelles und genaues Verstellen
der Stellmotoren ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 enthalten.
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Durch die Erfindung wird das am Vorsteuerventil in Form eines Winkelweges
aufgenommene Eingangssignal mit Hilfe eines Federelementes in eine auf Ventilelemente
wirkende Kraft umgesetzt. Diese Ventilelemente stellen in der Neutralstellung der
Lenkeinrichtung unter der Federwirkung einen verhältnismäßig hohen Vorspanndruck
im Servoventil ein. Dieser Vorspanndruck ist in den Stellmotoren wirksam, so daß
deren Arbeitskolben hydraulisch eingespannt sind. Die beiden Fahrzeugteile des Knickfahrzeugs
können sich daher nicht verstellen. Beim Lenken wird jeweils eines der Ventilelemente
in Abhängigkeit vom Ausschlag am Lenkhandrad mehr oder weniger weit geöffnet, so
daß dieser Druckabsenkung am Servoventil eine verstärkte Druckabsenkung in jeweils
einem Druckraum der Stellmotoren entspricht.
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Die beiden Arbeitskolben verstellen sich in Richtung der entlasteten
Druckräume und das Fahrzeug knickt solange ein, bis der Fahrer seine Lenkbewegung
am Lenkhandrad einstellt. Mit der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung läßt sich das
Regelverhalten optimal auf Knickgelenkfahrzeuge abstimmen, woraus sich eine erhebliche
Verbesserung der Lenkeigenschaften ergibt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend
anhand von in. der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Es
zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Knickgelenkfahrzeug mit der Lenkeinrichtung
nach der Erfindung.
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Fig. 2 einen Axialschnitt durch das erfindungsgemäße Vorsteuerventil,
nach der Linie II-II der Fig. 3, welches ein Bauteil der Ventileinrichtung bildet.
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Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 2.
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Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorsteuerventils
im Querschnitt.
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Fig. 5 den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Vorsteuerventils nach
Fig. 4 mit einem Servoventil in einem gemeinsamen Gehäuse.
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Fig. 6 als weitere Ausführungsform ein Servoventil, dessen zugehöriges
Vorsteuerventil an die Druckquelle angeschlossen ist.
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In Fig. 1 ist mit I der Vorderwagen und mit 2 der Hinterwagen eines
Fahrzeugs mit Knicklenkung bezeichnet. Beide Fahrzeugteile werden beim.
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Lenken um ein Gelenk 3 geknickt. Ein durch ein Lenkhandrad 4 betätigbares
Lenkgetriebe 5 ist in bekannter Weise durch eine Hebelübertragung 6 mit einer aus
einem Vorsteuerventil 7 und einem Servoventil 8 bestehenden Ventileinrichtung verbunden.
Diese Ventileinrichtung 7/8 steuert in Abhängigkeit von der Drehung am Lenkhandrad
die beiden Stellmotoren 10
und 11. Die Ulversorgung erfolgt über
eine aus einer Pumpe 12, einem Speicherladeventil 9, einem Druckspeicher 13 und
einem Behälter 14 bestehenden Konstantdruckquelle. Die Pumpe 12 wird von einem Fahrzeugmotor
M angetrieben.
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Der am Vorsteuerventil 7 über die Hebelübertragung 6 aufgenommene
Verstellweg wird mit Hilfe eines Federelementes in eine Kraft umgesetzt, die in
an das Servoventil 8 angeschlossenen Steuerleitungen A und B dem eingeleiteten Verstellweg
entsprechende Drücke erzeugt. Diese Drücke werden den Steueranschlüssen des als
Leistungsverstärker wirkenden Servoventils 8 zugeleitet. Mit T ist ein vom Vorsteuerventil
zum Behälter führenderRücklaufanschluß bezeichnet. Das Servoventil seinerseits weist
einen Zulaufanschluß P, einen Rücklaufanschluß TI sowie zu den Stellmotoren 10 und
11 geführte Motoranschlüsse Al und B1 auf.
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Das Vorsteuerventil 7 nach Fig. 2 und 3 besteht aus einer in einem
Gehäuse gelagerten Betätigungswelle 15, an deren unterem Ende ein Federelement,
z. B. eine Blattfeder 16, befestigt ist. Der Innenraum 17 des Gehäuses ist mit dem
Rücklaufanschluß T verbunden. Die beiden Steuerleitungen A und B sind über Schraubeinsätze
18 und 19 an das Gehäuse angeschlossen, in denen als Kugeln ausgebildete Ventilelemente
21 und 22 beweglich geführt sind. In der gezeichneten Neutralstellung werden die
Ventilelemente 21 und 22 durch die Blattfeder 16 gegen einen Sitz gedrückt. Die
Betätigungswelle 15 ist mit zwei Nocken 23 und 24 versehen, von denen je nach Drehrichtung
der eine oder andere nach einem bestimmten Drehwinkel an einem Gehäuseanschlag 25
bzw. 26 zur Anlage kommt. Damit ist eine Beschädigung der Blattfeder 16 ausgeschlossen.
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Eine Lenkbewegung am Lenkhandrad 4 bewirkt eine Drehbewegung der
Betätigungswelle 15. Je nach Drehrichtung übt dabei die Blattfeder 16 auf der einen
Seite eine größere bzw. auf der anderen Seite eine kleinere Kraft auf das Ventil
element 21 oder 22 aus, das der Strömung von der Leitung A oder B nach T somit einen
der Kraft entsprechenden Widerstand entgegengesetzt. Durch die Wahl der Einschraubtiefe
der Einsätze 18 und 19 können die Ventilelemente 21 und 22 in der Neutralstellung
vorgespannt werden, so daß in den Leitungen A und B ein gleich großer Vorspanndruck
einstellbar ist. Dieser Vorspanndruck erhöht sich dann beim Drehen der Blattfeder
16, beispielsweise gegen das Ventilelement 21 in der Leitung A, während sich der
Vorspanndruck in der Leitung B entsprechend verringert.
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Da die Lenkeinrichtung über den in Fig. 1 dargestellten Druckspeicher
13 betrieben wird, ist für die Druckhaltung des Vorspanndruckes keine Energie erforderlich.
Das Einstellen eines Vorspanndruckes ist jedoch vorteilhaft, da die Hydraulik beim
Einleiten einer Lenkbewegung bereits hydraulisch vorgespannt ist, wodurch die Totwege
erheblich reduziert und die dynamischen Eigenschaften des Regelkreises verbessert
werden.
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In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist zur Drehwinkelbegrenzung ein
mit der Betätigungswelle 28 verbundenes Segment 27 vorgesehen. Das Segment 27 schlägt
bei einem zu großen Drehwinkel über die Blattfeder 30 an dem Ventilelement 31 oder
32 an. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß durch entsprechende Formgebung der
Andrückflächen 33 eine progressive Ventilkennlinie vorgesehen werden kann. Die progressive
Kennlinie entsteht dadurch, daß mit zunehmendem Drehwinkel die Blattfeder 30 an
der kurvenförmigen Andrückfläche 33 zur Anlage gelangt und die so verkleinerte
freie
Federlänge eine zunehmende Federsteife bewirkt. - Für die Neutralstellung kann zusätzlich
eine Zentriereinrichtung 34 eingebaut werden, so daß zur Auslenkung des Vorsteuerventils
eine gewisse Grenzkraft erforderlich ist. Obersteigt diese Grenzkraft die Reibung
des Lenkgetriebes 5, so erhält die gesamte Lenkeinrichtung ein sogenanntes Rücklaufverhalten,
d. h. beim Einwirken einer äußeren Verstellkraft auf den Vorder- oder Hinterwagen,
beispielsweise durch Bodenunebenheiten, dreht sich das Lenkhandrad selbsttätig mit.
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Fig. 5 zeigt. den vorteilhaften Zusammenbau des erfindungsgemäßen
Vorsteuerventils 7 mit einem Servoventil 8 in einem Gehäuse 37. Das Servoventil
8 besteht aus zwei baugleichen Kolben 42 und 42A, die in dem Gehäuse 37 angeordnet
sind und als Druckwaage wirken. Die Kolben 42 und 42A werden in ihrer Ausgangsstellung
durch Federn 43 und 43A gegen die Verschraubung eines Motoranschlusses Al bzw. B1
gedrückt. Das Drucköl des Olbehälters 14 wird von der aus Pumpe 12, Speicherladeventil
9 und Druckspeicher 7 bestehenden Druckquelle über einen Zulaufanschluß P herangeführt.
Dieser Zulaufanschluß P ist mit einer steuerbaren Ringnut 41 des Kolbens 42 und
über einen Kanal 44 mit einer steuerbaren Ringnut 41A des Kolbens 42A verbunden.
In der dargestellten Ausgangsstellung der Kolben 42 und 42A sind diese Ringnuten
41 und 41A über eine geöffnete Steuerkante 45 bzw. 45A an eine Gehäusenut 46 bzw.
46A angeschlossen. Jeweils ein Druckraum 47 und 48 jedes Stellmotors 10 bzw. 11
steht mit einem auf der Seite des Motoranschlusses A1 liegenden Steuerraum 50 des
Kolbens 42 in Verbindung. Der andere Druckraum 51 und 52 jedes Stellmotors 10 bzw.
11 steht mit einem dem Motoranschluß B1 zugeordneten Steuerraum 50A des Kolbens
42A in Verbindung. Der Steuerraum -50
-bzw. 50A ist seinerseits
über Bohrungen 53 bzw. 53A an die Gehäuseringnut 46 bzw. 46A angeschlossen. Steuerkanten
54 und 54A trennen die Gehäuseringnut 46 bzw. 46A von einer Ringnut 55 bzw. 55A,
die mit dem Rücklaufanschluß T1 bzw. einem an diesen angeschlossenen Kanal 56 in
Verbindung steht. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen dem Zulaufanschluß
P und dem-Rücklaufanschluß T1 ist ein Bund 57 bzw. 57A breiter ausgeführt als die
Gehäuseringnut 46 bzw. 46A. Dem Steuerraum 50 bzw.
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50A liegt ein durch eine Wand 58 bzw. 58A getrennter Steuerraum 60
bzw.
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60A gegenüber, in welchen die Feder 43 bzw. 43A eingesetzt ist. In
der Wand 58 bzw. 58A ist eine Drosselbohrung 61 bzw. 61A vorgesehen. Der Steuerraum
60 bzw. 60A ist über die Steuerleitung A bzw. B mit dem Vorsteuerventil 7 verbunden.
Außerdem ist der Innenraum 17 über die Rücklaufleitung T und über den Kanal 56 mit
dem Rücklaufanschluß T1 verbunden. Gegenüber Fig. 3 und 4, in welchen die Steuerleitungen
A und B in Schraubeinsätze 18 und 19 einmünden, sind hier die Steuerleitungen A
und B durch Hülsen 62 und 62A gebildet, an welchen sich die Federn 43 und 43A abstützen.
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Das Servoventil 8 und das Vorsteuerventil 7 wirken wie folgt zusammen:
Bei angetriebener Ulpumpe 12 ist in der dargestellten Ausgangsstellung der Steuerkolben
42 und 42A, das Vorsteuerventil 7 beidseitig geschlossen, so daß kein Drucköl aus
den Steuerräumen 60 und 60A abfließen kann. Es findet somit auch keine Strömung
durch die Drossel bohrungen 61 und 61A statt. Dadurch herrscht in den Steuerräumen
50 und 60 bzw. 50A und 60A Druckgleichgewicht und die Federn 43 und 43A drücken
die Kolben
42 und 42A gegen den Motoranschlub Al bzw. 81. Im Servoventil
ist somit ein vorbestimmter Druck eingestellt, der in sämtlichen Druckräumen 47,
48 und 51, 52 wirksam ist, so daß die Arbeitskolben der Stellmotoren 10 und 11 hydraulisch
eingespannt sind. Der Vorder- und der Hinterwagen 1 und 2 (Fig. 1) können sich daher
nicht gegeneinander verstellen. Das Fahrzeug fährt demzufolge geradeaus oder eine
bestimmte Kurve, wobei auf das Lenkhandrad keine Drehbewegung einwirkt. Die vorbeschriebene
Ausgangsstellung ist zugleich die Neutralstellung.
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Wie bereits erwähnt, sind die Steuerleitungen A und B über die Lenkeinrichtung
4, 5, 6 (Fig. 1) unabhängig voneinander betätigbar. Durch mehr oder weniger weites
Uffnen einer der Steuerleitungen A bzw. B wird der Steuerraum 60 bzw. 60A über den
Innenraum 17 die Rücklaufleitung T, den Kanal 56 und über den Rücklaufanschluß T1
mit dem Behälter 14 verbunden, so daß in diesem Steuerraum ein reduzierter Druck
einstellbar ist.
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Das am Zulaufanschluß P eingespeiste Drucköl kann somit über die in
vorteilhafter Weise mit einer Regelfase versehene Steuerkante 45 bzw. 45A, über
die Gehäusenut 46 bzw. 46A, die radiale Bohrung 53 bzw. -53A, über den Steuerraum
50 bzw. 50A,-die Drosselbohrungen 61 bzw. 61A, den Steuerraum 60 bzw. 60A und schließlich
über die Steuerleitung A bzw. B abströmen. Diese Strömung erzeugt an der Drosselbohrung
61 bzw. 61A ein Druckgefälle, welches auf den beiden Seiten der Wand 58 bzw. 58A
wirksam wird. Die aus dem Druck resultierende Kraft wirkt den Federn 43 bzw. 43A
entgegen, bis deren Vorspannkraft überwunden ist und der Kolben 42 bzw.
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42A sich nach unten bewegt. Hierbei sperrt die Steuerkante 45 bzw.
45A zunächst den weiteren Zulauf von Drucköl zu der Gehäusenut 46 bzw. 46A
ab.
Bewegt sich der Kolben 42 bzw. 42A noch weiter nach unten, so stellt die Steuerkante
54 bzw. 54A über den Steuerraum 50 bzw. 50A eine Verbindung vom Rücklaufanschluß
T1 zu den Druckräumen 47, 48 bzw. 51, 52 her. Ein Gleichgewichtszustand stellt sich
dann ein, wenn die Drosselung an der Steuerkante 45 bzw. 45A so groß ist, daß durch
die Drosselbohrung 61 bzw. 61A gerade soviel Drucköl strömt, daß das erzeugte Druckgefälle
der Kraft der Feder 43 bzw. 43A die Waage hält.
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Als Folge davon wird sich in den Motoranschlüssen Al und B1 immer
der in den Steuerleitungen A und B eingestellte Druck plus den durch die Federn
43 und 43A'erzeugten Differenzdruck einstellen.
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Bei einem eventuellen Hängenbleiben der Kolben 42 bzw. 42A durch
im Drucköl mitgeführte Schmutzteilchen bieten die Hülsen 62 bzw. 62A den Vorteil,
daß diese mit erhöhter Handkraft am Lenkhandrad gegen die Kolben 42 bzw. 42A gedrückt
werden können, so daß sich die Verklemmung wieder löst.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt.
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Im Gegensatz zu Fig. 5 arbeitet das Servoventil nach Fig. 6 in der
Neutralstellung ohne Vorspannung im Stellmotor 110. Hier ist die den Kolben 142
und 142A bei geschlossenem Vorsteuerventil 107 in die Ausgangsstellung nach unten
drückende Feder 143 bzw. 143A in die oberen Steuerräume 150 bzw. 150A eingesetzt.
Die Steuerkante 145 bzw. 145A ist daher geschlossen, während die Steuerkante 154
bzw. 154A geöffnet ist. Das Vorsteuerventil 107 ist über die Steuerleitungen A und
B mit den unteren Steuerräumen 160 bzw. 160A verbunden und eine Kammer 70 des Vorsteuerventils
107
ist an die mit einem konstanten Druck arbeitende Druckquelle 120 angeschlossen.
Dabei kann in die den Vorsteuerstrom führende Leitung 76 ein Filter 77 eingebaut
sein. Innerhalb der Kammer 70 ist die durch das Lenkhandrad um einen vorbestimmten
Winkel schwenkbare Betätigungswelle 115 mit einer Wippe 71 verbunden. Die beiden
freien Arme der Wippe 71 sind mit Bohrungen versehen, durch welche sich Ventilstößel
72 bzw. 72A von zwei Kegel ventilen 73 und 73A erstrecken. Zwischen den Armen der
Wippe 71 und an den Ventilstößeln 72 und 72A befestigten Federtellern 74 und 74A
sind Federn 75 und 75A eingesetzt, die in der dargestellten Neutralstellung beide
vorgespannt sind und daher die Kegelventile 73 und 73A gegen ihren Sitz drücken.
In dieser Stellung ist der Druck in den Druckräumen des Stellmotors null, da die
Kolben 142 und 142A durch die Federn 143 bzw. 143A nach unten gedrückt werden, so
daß über die geöffneten Steuerkanten 154 und 154A eine Verbindung von den Steuerräumen
150 und 150 A zum Rücklaufanschluß T1 hergestellt ist. Eine Lenkbewegung am Lenkhandrad
bewirkt eine Drehbewegung der Betätigungswelle 115. Je nach Drehrichtung übt dabei
die Wippe 71 am einen Kegel ventil eine größere Kraft in Schließrichtung aus, während
auf das andere Kegelventil eine Kraft in Uffnungsrichtung einwirkt. Der über die-
Leitung 76 herangeführte Vorsteuerstrom kann somit, beispielsweise über das mehr
oder'weniger geöffnete Kegelventil 73 und die Steuerleitung A in den unteren Steuerraum
160 gelangen, wobei durch den an der Wand 158 entstehenden Differenzdruck der Kolben
142 gegen die Kraft der Feder 143 nach oben verschoben wird. Durch die nunmehr geöffnete
Steuerkante 145 erhält der Zulaufanschluß P über die Gehäuseringnut 146, die Bohrung
153 und den Steuerraum 150 mit dem rechten Druckraum des Stellmotors 110
Verbindung,
so daß sich dessen Arbeitskolben nach links bewegt. Da der Kolben 142A durch die
Belastung der Feder 143A in seiner Ausgangslage gehalten ist, kann das aus dem linken
Druckraum des Stellmotors 110 ausgeschobene Drucköl über den Steuerraum 150A die
Bohrung 153A, die Gehäuseringnut 146A, die geöffnete Steuerkante 154A und über den
Kanal 156 zum Rücklaufanschluß T1 gelangen. Die vorbeschriebene Ausführungsform
hat den Vorteil, daß das Vorsteuerventil ohne Energieverlust arbeitet, da zum Steuern
des Servoventiles kein Drucköl in den Ulbehälter zurückgeleitet wird, wie dies in
Fig. 5 der Fall ist.
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