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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung, bestehend
aus einem Hauptstrom mit einem Lenkventil und einem Nebenstrom mit
einem Stromregelventil, wobei das Stromregelventil parallel zum
Lenkventil angeordnet ist und von einem Steuersignal aus dem Hauptstrom steuerbar
ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Sicherheitsabschaltung
des Nebenstroms einer Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung, bei
dem der Nebenstrom sowohl im Zulauf als auch im Rücklauf über ein
Stromregelventil geführt
wird. Derartige Lenkeinrichtungen und Verfahren werden insbesondere in
langsam fahrenden und straßentauglichen
Fahrzeugen mit hohen Achslasten eingesetzt.
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Hydrostatische
Lenkeinrichtungen bestehen in der Hauptsache aus einem Drehschiebersteuerventil
und einer Dosierpumpe. Das Drehschiebersteuerventil wird aus einer äußeren, im
Gehäuse
eingepassten Steuerhülse
und einem inneren, konzentrisch angeordneten Steuerkolben gebildet.
Der Steuerkolben ist einerseits über
ein Zahnnabenprofil mit einem Lenkrad und andererseits über eine
Stiftverbindung relativ beweglich mit der Steuerhülse verbunden.
Die Steuerhülse
ist über
eine Stiftverbindung und eine Antriebswelle starr mit dem Läuferzahnrad
der Dosierpumpe verbunden. Der Steuerkolben ist mittels eines Federelementes
gegenüber
der Steuerhülse
in der Lage zentriert. Gegen die Kraft dieses Federelementes sind
Steuerkolben und Steuerhülse
begrenzt zueinander drehbar. Zwischen dem Drehschiebersteuerventil
und der Dosierpumpe besteht über
Kommutatorbohrungen eine hydraulische Verbindung. Die hydrau lische
Lenkeinrichtung besitzt Anschlüsse
für einen
Zulauf, einen Rücklauf
und für zwei
Zylinderleitungen für
einen Lenkzylinder.
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Inzwischen
sind Lenkeinrichtungen mit einer so genannten Stromverstärkung bekannt,
wie sie beispielsweise in der
EP 0 725 001 B1 beschrieben ist. Diese Lenkeinrichtung
bildet in herkömmlicher
Weise eine Hauptstromleitung zur Verbindung der Versorgungspumpe
mit dem Lenkzylinder und zurück
zum Tank aus. Zusätzlich
besitzt diese Lenkeinrichtung eine Nebenstromleitung, welche die
Dosierpumpe umgeht und dazu vor der Dosierpumpe von der Hauptstromleitung
abzweigt und hinter der Dosierpumpe wieder in die Hauptstromleitung
einmündet. In
der Nebenstromleitung befindet sich ein Stromregelventil, dass hydraulisch
von der Druckdifferenz gesteuert wird, die über eine in der Hauptleitung
befindliche Konstantdrossel abgegriffen wird. Damit stellt sich
stets ein zum Hauptstrom proportionaler Nebenstrom ein, wobei beide
Ströme
zusammen den Lenkölstrom
bilden.
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Diese
Lenkeinrichtung hat allerdings den Nachteil, dass eine konstante
lineare Abhängigkeit des
Lenkförderstromes
zur Drehzahl des Lenkrades besteht und die Größe dieser linearen Abhängigkeit nur
auf eine bestimmte Anwendung ausgelegt ist. Damit ist die Einsatzmöglichkeit
der betreffenden Lenkeinrichtung eingeschränkt.
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Aus
der
DE 103 01 752
A1 ist nun eine verbesserte Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung bekannt
geworden, die verschiedene Proportionalitäten zwischen dem Hauptstrom
und dem Nebenstrom ermöglicht.
Dazu ist die Lenkeinrichtung mit einem elektrischen Steuergerät ausgerüstet, das
ein vom Hauptstrom abhängiges
Messsignal erfasst, es zu verschiedenen Steuergrößen verarbeitet und als ein Steuersignal
an das Stromregelventil in der Nebenstromleitung weitergibt.
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Lenkeinrichtungen
mit einer Stromverstärkung
haben inzwischen einen hohen Leistungsstandard und werden demnach
mit Erfolg in Fahrzeuge eingesetzt, die sich im Gelände bewegen.
Diese Lenkeinrichtungen haben aber ein begrenztes Sicherheitsmanagement
gegen Funktionsausfälle
und Fehlfunktionen, das nur bei einem Ausfall der Versorgungspumpe
oder dem Ausfall des elektrischen Steuergerätes eingreift. So schaltet
die Lenkeinrichtung bei einem Ausfall der Versorgungspumpe auf einen
von Hand betriebenen Notlenkbetrieb um, während bei einem Ausfall des
elektrischen Steuergerätes
das Stromregeventil in der Nebenstromleitung wegen des Ausbleibens
eines Steuersignals in seine geschlossene Mittelstellung fällt. Damit
ist der Nebenstrom abgesperrt und die Lenkfunktion wird allein über den
Hauptstrom der Lenkeinrichtung mit einem verminderten Lenkvolumen
realisiert.
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Diese
Lenkeinrichtung bietet aber keine Sicherheiten, wenn das den Nebenstrom
elektrisch steuernde Steuergerät
Fehlfunktionen hat und falsche Steuersignale an das in der Nebenstromleitung befindliche
Stromregelventil liefert.
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Aus
der
WO 2008/017290
A1 wurde nun eine entsprechende Lenkeinrichtung bekannt,
die diese Nachteile nicht besitzt und dafür sorgt, dass die verschiedensten
Fehlfunktionen des elektrischen Steuergerätes technisch ausgeglichen
werden. Damit wird beispielsweise verhindert, dass der Nebenstrom
zum Hauptstrom entgegen gerichtet ist, dass der Nebenstrom gegenüber dem
Hauptstrom zu groß oder
nicht mehr proportional bemessen ist oder dass der Nebenstrom fließt, obwohl
das Lenkrad der Lenkeinrichtung nicht betätigt wird.
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Diese
Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung bietet
aber keine Sicherheit gegen Funktionsstörungen des Stromregelventils
in der Nebenstromleitung. So ist es nicht ausgeschlossen, dass sich
der Regelkolben des Stromregelventils verklemmt, wodurch unbeabsichtigt
Strömungswege
geöffnet
oder verschlossen werden. Wenn der Regelkolben des Stromregelventils
beispielsweise in einer Arbeitsstellung klemmt, dann sind die Druck
führenden
Leitungen des Haupt- und Nebenstromes über das Stromregelventil mit
dem Tank verbunden, sodass kein Druck mehr auf den Lenkzylinder
ausgeübt
werden kann. Dass wäre
ein Totalausfall der Lenkung. Ein derartiges Sicherheitsrisiko ist
insbesondere im Straßenverkehr
unakzeptabel.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Fehlfunktionen des
in der Nebenstromleitung einer gattungsgemäßen Lenkeinrichtung befindlichen
Stromregelventils auszugleichen.
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Diese
Aufgabe wird vorrichtungsseitig dadurch gelöst, dass sich in der Nebenrücklaufleitung hinter
dem Stromregelventil ein schaltbares Sperrventil befindet, das von
mindestens einem Steuersignal des Stromregelventils schaltbar ist.
Dabei ist das Stromregelventil so ausgeführt, dass das Steuersignal
von einer, eine Gefahr bringenden Fehlstellung des Regelkolbens
kennzeichnenden Steuergröße erzeugt
wird.
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Verfahrensseitig
wird die Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Nebenstrom hinter dem Stromregelventil abgesperrt wird,
wenn eine Fehlstellung des Regelkolbens des Stromregelventils festgestellt
wird.
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Die
neue Lenkeinrichtung und das neue Verfahren beseitigen die genannten
Nachteile des Standes der Technik. Dabei liegt der besondere Vorteil
in der hohen Sicherheit der Lenkeinrichtung. So wird dafür gesorgt,
dass die Lenkeinrichtung bei einer nicht ordnungsgemäßen Funktion
des Stromregelventils, wie sie beispielsweise durch eine Klemmung hervorgerufen
wird, von ihrer stromverstärkten
Lenkfunktion auf eine stromreduzierte Lenkfunktion zurückfällt. Dabei
kann das Steuersignal, das die Fehlstellung feststellt, auf die
vielfältigste
Weise erzeugt werden.
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Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
das Steuersignal zur Verstellung des schaltbaren Sperrventils durch
die Fehlstellung des Regelkolbens des Stromregelventils erzeugt
wird. Diese Fehlstellung kann leicht über einen Wegsensor ermittelt
und mit der gewollten Arbeitsstellung verglichen werden. Eine Fehlstellung
des Regelkolbens führt
dann unmittelbar zur sperrenden Schaltung des nachgeordneten Sperrventils.
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Besonders
zweckmäßig ist
es aber, wenn das Steuersignal zur Verstellung des schaltbaren Sperrventils
der hydraulische Steuerdruck des Stromregelventils ist. Dann wirkt
der aktuelle Steuerdruck des Stromregelventils bei einer funktionsgerechten
Arbeitsstellung gleichzeitig auf den Regelkolben des Stromregelventils
und auf das nachgeordnete Sperrventil. Bei einer fehlerhaften Stellung
baut sich der Steuerdruck auf der falschen Seite des Regelkolbens
auf, während
der Steuerdruck auf der richtigen Seite des Regel kolbens und damit
auch am Sperrventil zusammen fällt.
Beide Druckveränderungen
laufen zeitgleich ab, sodass auch der Regelkolben des Stromventils
und das nachgeordnete Sperrventil gleichzeitig reagieren. Dabei
schließt
das Sperrventil bereits vor Beginn einer gefahrbringenden Bewegung
des Regelkolbens, oder öffnet
gar nicht erst, sodass die fehlerhafte Stellung des Regelkolbens
keinen Lenkvolumenstrom erzeugt und damit eine gefahrbringende Lenkbewegung
des Fahrzeuges vermieden wird. Fahrzeuge mit dieser Lenkeinrichtung
sind demnach straßentauglich.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
der neuen Lenkeinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis
8, 10, 11.
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Die
Erfindung soll anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
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1:
die Lenkeinrichtung in der Neutralstellung in einer ersten Ausführungsform,
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2:
die Lenkeinrichtung nach der 1 in einer
Lenkstellung,
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3:
die Lenkeinrichtung nach der 1 in einer
Klemmstellung,
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4:
die Lenkeinrichtung in der Neutralstellung in einer zweiten Ausführungsform
und
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5:
die Lenkeinrichtung in einer Lenkstellung in einer dritten Ausführungsform.
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Der
Lenkkreislauf gemäß den 1 bis 5 zeigt
eine Lenkeinrichtung mit einem Lenkventil 1. Das Lenkventil 1 besitzt
eine drehschiebergesteuerte Dosierpumpe 2, die über ein
Lenkgestänge mit
einem Handlenkrad 3 verbunden ist. Das Lenkventil 1 besitzt
weiterhin eine Hauptzulaufleitung 4, die über einen
Zulaufanschluss 5 mit einer nicht dargestellten Versorgungspumpe
verbunden ist, und eine Hauptrücklaufleitung 6,
die über
einen Rücklaufanschluss 7 zu
einem ebenfalls nicht gezeigten Tank führt.
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Das
Lenkventil 1 weist außerdem
zwei Zylinderleitungen 8 und 9 auf, die beide über zwei
Zylinderanschlüsse 10, 11 mit
einem nicht dargestellten Lenkzylinder verbunden sind und die jeweils
für eine der
beiden Lenkrichtungen zuständig
sind.
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Damit
bildet sich eine Hauptstromleitung von der Versorgungspumpe über die
Dosierpumpe 2 des Lenkventils 1 zum Lenkzylinder
und vom Lenkzylinder zurück über die
Dosierpumpe 2 des Lenkventils 1 zum Tank aus.
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Von
der Hauptzulaufleitung 4 zweigt eine Nebenzulaufleitung 12 ab,
die über
ein in Zulaufrichtung öffnendes
Rückschlagventil 13 und
einem Stromregelventil 14 zu einem der beiden, mit dem
Lenkzylinder verbundenen Zylinderanschlüsse 10, 11 führt. Der
Rücklauf
vom Lenkzylinder zum Tank erfolgt wiederum über das Stromregelventil 14 und
eine zum Rücklaufanschluss 7 führenden
Nebenrücklaufleitung 15.
Damit besteht eine Nebenstromleitung von einer Versorgungspumpe über das
Stromregelventil 14 zum Lenkzylinder und zurück zum Tank.
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Die
Lenkeinrichtung ist so ausgelegt, dass der Hauptstrom von der Versorgungspumpe
stets vorrangig und bedarfsgerecht versorgt wird, wobei der Nebenstrom
eine vorbestimmte Proportionalität zum
Hauptstrom einnimmt.
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Das
Stromregelventil 14 in der Nebenstromleitung ist nach den 1 bis 4 vorzugsweise als
ein beidseitig durch Rückstellfedern 16, 17 belastetes
Dreistellungsventil ausgelegt, das eine geschlossene Mittelstellung
und zwei gegenüberliegende
Arbeitsstellungen besitzt, wobei in jeder der beiden Arbeitsstellungen
ein geregelter Zulaufstrom und ein ungedrosselter Rücklauf ermöglicht werden.
Das Dreistellungsventil des Stromregelventils 14 ist in
besonderer Weise so ausgeführt,
dass jeder Arbeitsstellung des Regelkolbens drei, das Stromregelventil 14 parallel
durchlaufende Steuerpfade 18, 18', 19, 19', 20, 20' zugeordnet
sind. Dabei handelt es sich jeweils um einen mittig angeordneten
und geschlossenen Steuerpfad 19, 19' für die geschlossene Mittelstellung
des Stromregelventils 14 und einerseits einen geschlossenen
Steuerpfad 18, 18' für die gegenüber liegende
Arbeitsstellung und andererseits einen offenen Steuerpfad 20, 20' für die gleichseitige
Arbeitsstellung des Stromregelventils 14.
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Damit
sind in der Mittelstellung des Stromregelventils 14 alle
Steuerpfade 18, 18', 19, 19', 20, 20' gesperrt, während in
jeder Arbeitsstellung des Stromregelventils 14 ein Steuerpfad 20, 20' geöffnet ist.
Zu beiden Seiten besitzt das Stromregelventil 14 jeweils eine
Steuerleitung 21, 22, in denen jeweils ein intern oder
extern versorgtes hydraulisches und elektrisch steuerbares Stellventil 23, 24 zum
Auslenken des Stromregelventils 14 in die eine oder die
andere der beiden Arbeitsstellungen angeordnet ist. Jede der beiden
Steuerleitungen 21, 22 verzweigt sich und verbindet
die Steuerleitung 21, 22 zusätzlich mit dem jeweiligen mittig
angeordneten und geschlossenen Steuerpfad 19, 19' für die geschlossene
Mittelstellung des Stromregelventils 14.
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Nach
den 1 bis 3 befindet sich in der Nebenrücklaufleitung 15 zwischen
dem Stromregelventil 14 und dem Rücklaufanschluss 7 ein
schaltbares Sperrventil 25 mit einer gesperrten und einer offenen
Stellung, das vorzugsweise ein Zweiwege-/Zweistellungs-Ventil ist. Dieses schaltbare
Sperrventil 25 ist einerseits in Richtung der Sperrstellung durch
eine Rückstellfeder 26 belastet
und wird andererseits durch den Steuerdruck in der jeweiligen Steuerleitung 21, 22 des
Stromregelventils 14 in Richtung der Offenstellung beaufschlagt.
Dazu ist das schaltbare Sperrventil 25 von seiner Steuerdruckseite über eine
erste Steuerleitung 27 mit dem Stromregelventil 14 einerseits
und über
eine zweite Steuerleitung 28 mit dem Stromregelventil 14 andererseits
verbunden. Ein dazwischen geschaltetes Oder-Ventil 29 trifft
die Auswahl der zutreffenden Steuerseite des Stromventils 14.
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Gemäß der 4 ist
das schaltbare Sperrventil 25' als ein Vierwege-/Zweistellungs-Ventil ausgeführt, wobei
die Nebenzulaufleitung 12 zum Stromregelventil 14 ebenfalls über das
schaltbare Sperrventil 25' geführt wird.
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Die
Funktion einer derartigen Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung ist
allgemein bekannt.
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In
der nicht betätigten
Neutralstellung gemäß der 1 ist
das Lenkventil 1 der Lenkeinrichtung geschlossen, sodass
es keinen Hauptstrom gibt und das von der Versorgungspumpe gelieferte Öl direkt
in den Tank zurückbefördert wird.
Das Stromregelventil 14 in der Nebenstromleitung ist ebenfalls
geschlossen, weil der Regelkolben kein Steuersignal erhält und durch
die beiden Rückstellfedern 16, 17 in
die gesperrte Mittelstellung gehalten wird. Damit fließt auch
kein Nebenstrom.
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Im
Servolenkbetrieb gemäß der 2 kommt
es durch die Betätigung
des Handlenkrades 3 innerhalb des Lenkventils 1 der
Lenkeinrichtung zur Auslenkung eines zur Dosierpumpe 2 gehörenden Drehschiebersteuerventils
und damit zum Öffnen entsprechender
verstellbarer Drosseln. Dabei wird das von der Versorgungspumpe
gelieferte Öl
von der Dosierpumpe 3 abgemessen und als ein Hauptstrom in
die entsprechende Kammer des Lenkzylinders befördert.
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Gleichzeitig
wird das mit der Drehrichtung des Handlenkrades 3 übereinstimmende
Stellventil 24 durch ein gesondertes Steuersignal betätigt, sodass
es öffnet
und einen entsprechenden Steuerölstrom
freigibt. Dieser Steuerölstrom
belastet den Regelkolben des Stromregelventils 14 und verschiebt ihn
in die entsprechende Arbeitsstellung. Damit fließt ein Nebenstrom vom Zulaufanschluss 5 (aber
das sich öffnende
Rückschlagventil 13 und
dem offenen Stromregelventil 14 zum Lenkzylinder. Der Hauptstrom
und der Nebenstrom verhalten sich proportional zueinander und ergeben
zusammen den auf den Lenkzylinder wirkenden Lenkölstrom. Dabei ist das schaltbare
Sperrventil 25 geöffnet,
weil der Steuerölstrom
in der Steuerleitung 22 für den Regelkolben des Stromregelventils 14 gleichzeitig über den gleichseitigen
Steuerpfad 20' im
Stromregelventil 14 und über das Oder-Ventil 29 zum
Sperrventil 25 gelangt und es belastet. Das durch den Einschlag
der Räder
verdrängte Öl wird daher
sowohl über
die Hauptrücklaufleitung 6 des
Lenkventils 1 als auch über
die Nebenrücklaufleitung 15 in
den Tank zurück befördert.
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Bei
einer Fehlstellung gemäß der 3,
die beispielsweise eine Klemmung des Regelkolbens des Stromregelventils 14 sein
kann, entspricht die Arbeitsstellung des Stromregelventils 14 nicht
dem Steuersignal in einer der beiden Steuerleitungen 21, 22.
So steht in diesem Fall die Steuerleitung 21 unter Druck,
um die Arbeitsstellung des Stromregelventils 14 in die
eine Lenkrichtung zu ermöglichen,
während sich
der Regelkolben des Stromregelventils 14 durch seine Fehlstellung
in der Arbeitsstellung für
die andere Lenkrichtung befindet. In dieser Fehlstellung ist aber
der zutreffende Steuerpfad 18 unterbrochen, sodass sich
kein Steuersignal auf das schaltbare Sperrventil 25 fortpflanzen
kann. Mit dem Zusammenbruch des Steuerdrucks in der Steuerleitung
fehlt es auch an dem erforderlichen Steuerdruck am Sperrventil 25,
um es offen zu halten. Das schaltbare Sperrventil 25 schließt automatisch
durch die Kraft einer Stellfeder und unterbricht damit die Nebenrücklaufleitung 15.
Die Lenkeinrichtung arbeitet daher ohne Stromverstärkung, wobei
die Funktion der Lenkeinrichtung erhalten bleibt.
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Die
zweite Ausführungsform
der Lenkeinrichtung nach der 4 besitzt
die gleiche Funktion, wie die soeben beschriebene erste Ausführungsform nach
den 1 bis 3.
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In
einer dritten Ausführungsform
nach der 5 ist das Stromregelventil 14' wiederum als
ein beidseitig durch Rückstellfedern 16, 17 belastetes Dreistellungsventil
ausgelegt, das eine geschlossene Mittelstellung und zwei gegenüberliegende
Arbeitsstellungen besitzt, wobei in jeder der beiden Arbeitsstellungen
ein geregelter Zulaufstrom und ein ungedrosselter Rücklauf ermöglicht werden.
Es sind auch wieder zwei gegenüberliegende
und durch Stellventile 23, 24 aktivierbare Steuerleitungen 21, 22 vorgesehen,
die den Regelkolben einerseits und andererseits belasten. In der
Nebenrücklaufleitung 15 befindet
sich wieder ein schaltbares Sperrventil 25, vorzugsweise
wieder in der Ausführung
eines Zweiwege-/Zweistellungsventils.
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Das
Stromregelventil 14' besitzt
an Stelle der Steuerpfade 18, 18', 19, 19', 20, 20' aus den anderen Ausführungsformen
einen Signalaufnehmer 30, der vorzugsweise ein Wegsensor
ist und der eingangsseitig mit dem Regelkolben des Stromventils 14' und aus gangsseitig über ein
elektrisches Steuergerät 32 mit
einer elektrischen Stelleinheit 31 des schaltbaren Sperrventils 25 verbunden
ist. Somit bilden der Signalaufnehmer 30 am Stromregelventil 14,
das elektrische Steuergerät 32 und
die elektrische Stelleinheit 31 des schaltbaren Sperrventils 25 einen
elektrischen Steuerkreis.
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Die
Lenkeinrichtung mit Stromverstärkung
in dieser dritten Ausführungsform
arbeitet in der Neutralstellung und im Servolenkbetrieb in gleicher
Weise wie die anderen beiden Ausführungsformen.
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Der
Signalaufnehmer 30 erfasst die Position des Regelkolbens,
vergleicht diese Position mit der Drehrichtung des Lenkrades oder
einem anderen, die gewollte Position kennzeichnenden Funktionsparameter
der Lenkeinrichtung und meldet eine mögliche Fehlstellung an das
elektrische Steuergerät 32. Das
Steuergerät 32 produziert
daraus ein Steuersignal und meldet es an die elektrische Stelleinheit 31, die
das schaltbare Sperrventil 25 in die Offenstellung oder
die Sperrstellung verstellt.
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- 1
- Lenkventil
- 2
- Dosierpumpe
- 3
- Handlenkrad
- 4
- Hauptzulaufleitung
- 5
- Zulaufanschluss
- 6
- Hauptrücklaufleitung
- 7
- Rücklaufanschluss
- 8
- Zylinderleitung
- 9
- Zylinderleilung
- 10
- Zylinderanschluss
- 11
- Zylinderanschluss
- 12
- Nebenzulaufleitung
- 13
- Rückschlagventil
- 14
14'
- Stromregelventil
- 15
- Nebenrücklaufleitung
- 16
- Rückstellfeder
- 17
- Rückstellfeder
- 18
18'
- Steuerpfad
- 19
19'
- Steuerpfad
- 20
20'
- Steuerpfad
- 21
- Steuerleitung
- 22
- Steuerleitung
- 23
- Stellventil
- 24
- Stellventil
- 25
25'
- schaltbares
Sperrventil
- 26
- Rückstellfeder
- 27
- erste
Steuerleitung
- 28
- zweite
Steuerleitung
- 29
- Oder-Ventil
- 30
- Signalaufnehmer
- 31
- elektrische
Stelleinheit
- 32
- elektrisches
Steuergerät