Hydraulische Lenkeinrichtung mit Übersetzungsänderung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Lenkeinrichtungen werden insbesondere in langsam¬ fahrenden Fahrzeugen mit hohen Achslasten eingesetzt.

Lenkeinrichtungen dieser Art sind seit langem bekannt und kommen in den vielfäl 1tigsten Ausführungen zum Ein¬ satz.

Sie bestehen in der Hauptsache aus einem Drehschieber¬ steuerventil und einem Orbitverdränger. Das Drehschie¬ bersteuerventil 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 be¬ weglich mit der Steuerhülse verbunden. Die Steuerhülse ist über eine Stiftverbindung und eine Antriebswelle starr mit dem Läuferzahnrad des Orbitverdrängers verbun¬ den. Der Steuerkolben ist mittels eines Federelementes gegenüber der Steuerhülse lagezentriert. Gegen die Kraft dieses Federelementes sind Steuerkolben und Steuerhülse begrenzt zueinander drehbar. Zwischen dem Drehschieber- sτeuerventi 1 und dem Orbitverdränger pestent über Kommu¬ tatorbohrungen eine hydraulische Verbindung.

Die hydraulische Lenkeinrichtung besitzt Anschlüsse für einen Zulauf, einem Rücklauf und für zwei Zylinderlei¬ tungen für den Stel 1zyl inder.

Diese Lenkeinrichtungen zeichnen sich durch ein hohes Verdrängungsvolumen ohne Übersetzungsverhältnis zwischen Servo- und Notbetrieb aus.

Das bedeutet aber, daß bei einem möglichen Ausfall der Versorgungspumpe die Lenkeinrichtung schlagartig auf Notbetrieb umschaltet und damit die gesamte notwendige Lenkkraft manuell am Lenkrad aufgebracht werden muß. Das ist insbesondere im Straßenverkehr ein Sicherheitsrisi¬ ko.

Es gibt deshalb schon seit langem das Bestreben, Lenk¬ einrichtungen zu schaffen, die in der konkreten Situati¬ on des Wechseins von Servo- auf Notbetrieb automatisch auf ein anderes Übersetzungsverhältnis umschalten.

So ist die DE 22 28 531 C2 bekannt, die die Möglichkeit zum Verändern des Verdrängervolumens pro Lenkradumdre¬ hung aufzeigt.

Diese Lenkeinrichtung besitzt einen Orbitverdränger mit zwei parallel geschalteten Verdrängereinheiten, deren bewegliche Zähnräder mechanisch durch eine Zahnwelle miteinander verbunden sind. In den hydraulischen Verbin¬ dungsleitungen zwischen den beiden Verdrängereinheiten sind Umschaltventile angeordnet, die bei Vorhandensein von Drucköl , also im Servolenkbetrieb, beide Verdränger¬ einheiten verbinden und im Notlenkbetrieb, also bei Aus¬ fall der Versorgungspumpe, eine Verdrängereinheit un¬ wirksam machen.

Durch das verringerte Verdrängungsvolumen wird zwangs¬ läufig die Anzahl der notwendigen Drehungen am Lenkrad zum Erreichen eines bestimmten Einschlags der gelenkten Räder höher, aber die erforderliche Lenkkraft bleibt bei entsprechender Auslegung der Lenkung annähernd konstant und damit vom Fahrzeuglenker beherrschbar. Allerdings ist der bauliche und damit der Kostenaufwand relativ groß. Auf Grund der komplizierten Gestaltung ist die Lenkeinrichtung auch äußerst störanfällig. Damit be¬ seitigt sie das Sicherheitsrisiko im Straßenverkehr nicht.

Mit der DE 21 40 569 wurde eine Rotationskolbenmaschine bekannt, die insbesondere als Motor arbeitet. Das Drehschiebersteuerventi 1 der Rotationskolbenmaschine besitzt eine Umschaltvorrichtung, die wahlweise jede vierte von zwölf Ventilöffnungen der äußeren Steuerhülse mit dem Zulauf oder dem Ablauf verbindet. Damit arbeitet die Rotationskolbenmaschine in einer der beiden Betriebsstufen mit einem verminderten Kammervolu¬ men auf der Druckseite und damit mit einem verminderten Drehmoment und mit einer erhöhten Drehzahl. Die Um¬ schaltvorrichtung wird von Hand betätigt. Diese Lösung ist für Lenkeinrichtungen ungeeignet, da eine manuelle Betätigung der Umschaltvorrichtung völlig ungeeignet ist.

Außerdem besteht ein anderes Sicherheitsrisiko, da die Sicherheit des Umschaltens von Servo- auf Notbetrieb von der ständigen Funktionssicherheit und Einsatzbereit¬ schaft einer Umschaltvorrichtung abhängt.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Lenkeinrichtung der vorliegenden Art zu schaffen, die im Notbetrieb automa¬ tisch und mit hoher Sicherheit auf ein anderes Überset¬ zungsverhältnis umschaltet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Zweckdienliche Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Die Erfindung beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik. Wesentlicher Vorteil ist die hohe Sicherheit des Umschaltens auf ein anderes Übersetzungs¬ verhältnis. Auf Grund des Vorhandenseins mehrerer Um¬ schalteinheiten ist es nur von geringer Bedeutung, wenn möglicherweise eine der Umschalteinheiten ausfällt, da in diesem Fall durch die anderen Umschalteinheiten auch eine Übersetzungsänderung gewährleistet ist, wenn auch nicht die optimale.

Die Erfindung soll nachstehend an zwei Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden.

Dazu zeigen

Fig. 1: Ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Lenkeinrichtung in Open-Center-Ausführung

Fig. 2: Ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Lenkeinrichtung in Open-Center-Ausführung

Der hydraulische Kreislauf ist aus Gründen der Über¬ sichtlichkeit vereinfacht dargestellt und besteht im we¬ sentlichen aus einem Tank 1, einer Versorgungspumpe 2, einer Lenkeinrichtung 3 und einem auf die Fahrzeugräder wirkenden Stel 1zyl inder 4.

Die Lenkeinrichtung 3 besitzt einen Zulauf nschluß 5, einen Ablaufanschluß 6 und zwei Zylinderanschlüsse 7 und 8. Hauptelemente der Lenkeinrichtung 3 sind ein Steuer¬ ventil 9 und eine nach dem Orbitprinzip arbeitende Do¬ sierpumpe 10 mit einem Außenring von beispielsweise sie¬ ben und einem Läuferzahnrad mit dann sechs Zähnen. Das Steuerventil 9 ist in einem Gehäuse eingepaßt und be¬ sitzt bekanntermaßen einen inneren, von einem Lenkrad 11 ansteuerbaren Steuerkolben und eine äußere, mit dem Ro¬ tor der Dosierpumpe 10 mechanisch verbundene Steuerhül¬ se. Steuerkolben und Steuerhülse sind konzentrisch zu¬ einander angeordnet und in einem begrenzten Umfang und gegen die Kraft einer Feder drehbar. Der Steuerkolben besitzt sechs gleichmäßig am Umfang verteilt angeordne¬ te, parallel wirkende Leitungen 12, die einerseits zum Zulaufanschluß 5 und andererseits zur Eingangsseite der Dosierpumpe 10 Verbindung haben und insgesamt sechs Lei¬ tungen 13 und 13' , die einerseits mit der Ausgangsseite der Dosierpumpe 10 und andererseits zu einem Zylinderan¬ schluß 7 oder 8 Verbindung haben. Die sechs Leitungen 12 bilden im Zusammenwirken mit Kanälen der Steuerhülse sechs verstellbare Eingangsörosseln 14. Vom Zulaufan¬ schluß 5, vor den Eingangsdrosseln 14 des Steuerventils 9 zweigt ein Kurzschlußpfad zum Ablaufanschluß 6 ab, in dem sich eine zu den Eingangsdrosseln 14 umgekehrt pro¬ portional verhaltende Kurzschlußdrossel 15 befindet.

Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 führen drei Leitungen 13 direkt zum jeweiligen Zylinderanschluß 7 oder 8. In den drei anderen Leitungen 13' ist jeweils eine fremdgesteuerte Umschalteinheit 16 angeordnet. Die Umschalteinheit 16 ist vorzugsweise als 3/2-Wegeventi 1 mit einer zweiten ausgangsseitigen Verbindung zum Ab¬ laufanschluß 6 oder zum Zulaufanschluß 5 ausgebildet. Die Umschalteinheit 16 besitzt eine hydraulische Ver- stel leinheit, die einerseits Verbindung zur stromauf¬ wärts der Dosierpumpe 10 gelegenen Zulaufleitung und an¬ dererseits Verbindung zu einem der stromabwärts der Do¬ sierpumpe 10 gelegenen Leitungen 13 oder 13' hat. Wegen der höheren Druckdifferenz ist die Verstelleinheit des Umschaltventi les 16 vorteilhafterweise mit einer der Leitungen 13 verbunden.

Die Umschalteinheiten können in herkömmlicher Weise auch mit anderen Arten von Verstelleinheiten, beispielsweise je einer elektrischen Verstelleinheit zusammenwirken.

Es ist auch möglich, in der mit der Leitung 13 verbunde¬ nen Steuerleitung einer oder mehrerer Umschalteinheiten 16 jeweils ein fremdgesteuertes Sperrventil anzuordnen, womit der Fahrzeugführer durch das Blockieren einzelner Umschalteinheiten 16 das Übersetzungsverhältnis beim Um¬ schalten von Servo- auf Notbetrieb bedarfsgerecht vor¬ programmieren kann.

Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist eine Umschalteinheit 16 außerhalb der abschaltbaren Leitungen 13' in der Art angeordnet, daß auf der Eingangsseite ei¬ ne Sammelleitung 17 zu einer oder mehreren Leitungen 13' führt und auf der Ausgangsseite wahlweise je eine Ver¬ bindung zu einem der Zylinderanschlüsse 7 oder 8 oder zum Ablaufanschluß 6 besteht.

Die Ausgangsseite kann an Stelle mit dem Ablaufanschluß 6 auch mit dem Zulaufanschluß 5 verbunden sein. Die Ver- stelleinheit der Umschalteinheit 16 ist wiederum einer¬ seits mit der Zulaufleitung vor der Dosierpumpe 10 und andererseits mit eine der Leitungen 13 oder 13'nach der Dosierpumpe 10 verbunden. Auch hier sind andere Arten von Verstel 1Ieinheiten einsetzbar. In jeder Leitung 13' befindet sich ein stromabwärts nach dem zur Umschaltein¬ heit 16 führenden Abzweig angeordnetes und in Richtung zum jeweiligen Zylinderanschluß 7 oder 8 hin öffnendes Rückschlagventil 18.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist es auch zweckmäßig, an Stelle der einzelnen Rückschlagventile 18 ein für alle Leitun¬ gen 13' zuständiges Rückschlagventil 19 einzusetzen. Als Umschalteinheit 16' wird hier ein 2/2-Wegeventi 1 verwen¬ det, das wiederum verschiedenartig angesteuert werden kann.

Bei nichtbetätigter Lenkeinrichtung 3 befinden sich die Steuerhülse und der Steuerkolben des Steuerventi les 9 in neutraler Stellung, so daß alle sechs Eingangsdrosseln 14 geschlossen und die Kurzschlussdrossel 15 geöffnet sind. Das von der Versorgungspumpe 2 gelieferte Öl strömt über die Kurzschlussdrossel 15 ungenutzt zum Tank 1 zurück.

Durch Betätigung des Lenkrades 11 kommt es zur Auslen¬ kung des Steuerkolbens gegenüber der Steuerhülse und da¬ mit zur Öffnung der Eingangsdrosseln 14. Das Öl gelangt in die Dosierpumpe 10, wird hier gemessen und in dosier¬ ter Menge in die zum Stel 1 zyl inder 4 führenden Leitungen 13 und 13' gefördert. Durch die drei Leitungen 13 ge¬ langt das Öl direkt zu einem der Zylinderanschlüsse 7

oder 8 und damit zum Stel 1zyl inder 4. In den anderen drei Leitungen 13' passiert das Öl jeweils die geöffne¬ ten Umschalteinheiten 16, 16'.

Im Servobetrieb verbinden die Umschalteinheiten 16, 16' die Leitungen 13' mit einem der Zylinderanschlüsse 7 oder 8, weil der Steuerdruck vor der Dosierpumpe 10 dem Steuerdruck nach der Dosierpumpe 10 um den Betrag der zwischen beiden Druckentnahmestellen auftretenden Strö¬ mungsdruckverluste überwiegt.

Im Notlenkbetrieb, also bei abgeschalteter Versorgungs¬ pumpe 2 ist die Leitung am Zulaufanschluß 5 drucklos. Das für die Lenkanlage notwendige öl wird jetzt allein durch die manuelle Betätigung des Lenkrades 11 und damit von der Dosierpumpe 10 gefördert und dem Stel 1zyl inder 4 zur Verfügung gestellt.

Dabei gelangt das Öl wiederum durch die drei Leitungen 13 direkt zu einem der Zylinderanschlüsse 7 oder 8 und damit zum Stel Izyl inder 4. Da jetzt das Steuerdruckver¬ hältnis vom Druck vor der Dosierpumpe 10 und dem Druck nach der Dosierpumpe 10 umgekehrt gegenüber dem Servobe¬ trieb ist, schalten die Umschalteinheiten 16, 16' und verbinden die entsprechenden Leitungen 13' mit dem Ab¬ laufanschluß 6 oder alternativ mit dem Zulaufanschluß 5. Damit sind nur drei der sechs von der Dosierpumpe 10 ab¬ gehenden Leitungen an der Ölförderung beteiligt, wodurch sich die Lenkkraft halbiert und die Anzahl der notwendi¬ gen Drehungen am Lenkrad 11 zum Erreichen des gleichen Anschlags der gelenkten Räder gegenüber dem Servobetrieb verdoppelt.