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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches
Lenkungssystem von der Art, die in dein Oberbegriff des
folgenden Anspruchs 1 aufgeführt und beispielsweise aus der
DE-A-2110725 bekannt ist.
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Die Erfindung betrifft hauptsächlich Lenkungssysteme für
Schwerfahrzeuge, beispielsweise die Maschinentypen, die von
Firmen und Unternehmen verwendet werden und von der Art sind,
die zwei zueinander gelenkartig verbundene Fahrzeughälften
aufweist. Die relativen Positionen dieser Fahrzeughälften
werden mit der Hilfe von zwei Kolbenzylindereinrichtungen
eingestellt, an die Drucköl über ein Steuerventil gepumpt
wird, welches mittels des Fahrzeuglenkrades oder mit der
Hilfe eines Lenkstabes betätigt werden kann. Die Pumpe dreht
sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Motor des
Fahrzeuges und weist eine gewählte Verschiebung auf, die
ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß die pro Minute
gelieferte Ölmenge zu einer zufriedenstellenden Einstellung
der gegenseitigen relativen Positionen der zwei
Fahrzeughälften auf eine gewünschte Lenkposition führt. Im
Fall von bekannten Lenkungssystemen dieser Art, sind die
Kolbenzylindereinrichtungen doppelwirkend und über Kreuz
verbunden, so daß, wenn die erste Kammer einer
Zylindereinrichtung mit der Pumpe verbunden ist, die zweite
Kammer der anderen Zylindereinrichtung ebenfalls mit der
Pumpe verbunden ist. Diese Anordnung wird gewählt, so daß
soweit anwendbar ein beträchtlicher Widerstand überwunden
werden kann, wenn das Fahrzeug in einem Gelände gesteuert
oder gelenkt wird, in dem der Untergrund weich ist und in
anderen Fällen, bei denen das Lenkdrehmoment ungewöhnlich
groß ist. Der Nachteil bei dieser Anordnung liegt allerdings
darin, daß das System überdimensioniert für diejenigen
Betriebsbedingungen wird, die in der Praxis am häufigsten
auftreten, nämlich für Bedingungen, bei denen sich das
Fahrzeug auf relativ festem Untergrund oder sehr festem
Untergrund, beispielsweise einer Straßenoberfläche, befindet,
und der Lenkwiderstand relativ gering ist.
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Demzufolge liegt einer der Nachteile des bekannten
Lenkungssystems in der Notwendigkeit, die Pumpe in einer
Weise zu dimensionieren, so daß die Anforderung eines relativ
großen Durchflusses von Drucköl für Bedingungen erfüllt wird,
bei denen große Lenkdrehmomente vorherrschen. Im Fall von
Steuerventilen, die mit dem Lenkrad des Fahrzeuges verbunden
sind, ist das Ventil normalerweise so konstruiert, daß es
erforderlich ist, größere Ventile für größere Durchflüsse von
Drucköl zu wählen.
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Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Lenkungssystem bereitzustellen, das die Verwendung einer
wesentlich kleineren und wesentlich kostengünstigeren Pumpe
und auch eines wesentlich kleineren und kostengünstigeren
Steuerventils ermöglicht, während es dennoch ausreichende
Lenkmöglichkeiten gewährleistet, sowohl wenn ein
Lenkungswiderstand normalerweise relativ gering ist als auch
wenn der Widerstand anormal groß ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Lenkungssystem der voranstehend
beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung die in
dem folgenden Anspruch 1 aufgeführten kennzeichnenden
Merkmale aufweist.
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Kurz zusammengefaßt, kann man sagen, daß im Fall des
erfindungsgemäßen Lenkungssystems die zwei Lenkungszylinder
mit Hilfe eines Richtungsventils untereinander verbunden
sind, so daß sie während normalen Lenkbedingungen als einzeln
arbeitende Kolbenzylindereinrichtungen arbeiten, was im
Vergleich mit über Kreuz verbundenen
Kolbenzylindereinrichtungen zu ungefähr der Hälfte dem
Durchflusses von Drucköl an die erste Kammer einer oder der
anderen der Zylindereinrichtungen führt, wobei gleichzeitig
die zweiten Kammern der zwei Kolbenzylindereinrichtungen mit
dem Rückführungstank des Systems verbunden ist. Demzufolge
kann die Pumpe und das Steuerventil entsprechend kleiner
gemacht werden, was wiederum zu beträchtlich herabgesetzten
Kosten für den Kauf führt.
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Falls in einem außergewöhnlichen Fall das Lenkdrehmoment
anormal hoch sein sollte, steigt der Druck in der
Pumpenleitung an die erste Kammer eines Zylinders an und wenn
dieser Druck einen Pegel über einem vorgegebenen Wert
erreicht hat, wird das erfindungsgemäße Richtungsventil unter
dem Einfluß des Drucks auf eine Position eingestellt, in der
es die zweite Kammer der zweiten Kolbenzylindereinrichtung
mit der Pumpe verbindet, so daß die beiden
Kolbenzylindereinrichtungen nur über Kreuz verbunden sind, um
das Lenkdrehmoment während dieser selten auftretenden
Bedingungen zu erhöhen. Das Richtungsventil kann einen
einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen und demzufolge
werden die durch das neue erfindungsgemäße System erzielten
Kosteneinsparungen ganz beträchtlich. Eine kleinere Pumpe
führt auch zu geringeren Wärmeverlusten, mit anderen Worten
zu einer entsprechenden Energieeinsparung.
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Eine Anzahl von beispielhaften Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Lenkungssystems sind in den beiliegenden
Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer
Kopplungsschaltung;
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Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer
Kopplungsschaltung; und
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Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform, bei der das
in Figur 1 gezeigte von einem Lenkrad
aktivierte Steuerventil durch ein von einem
Stab aktiviertes Steuerventil ersetzt ist.
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Im Fall der dargestellten Ausführungsformen wird eine Ölpumpe
10 von einem (nicht dargestellten) Motor angetrieben. Die
Pumpe versorgt zwei Lenkkolbenzylindereinrichtungen 11, 12,
die mit zwei Fahrzeughälften 13, 14 verbunden sind, die auf
einem Spurzapfen schwenkbar miteinander verbunden sind.
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Die Pumpe liefert über eine Pumpenleitung 16A Drucköl an ein
bekanntes Steuerventil 16. Im Fall der Ausführungsform in
Figur 1 ist das Steuerventil mit dem Lenkrad des Fahrzeuges
verbunden und so aufgebaut, daß, wenn das Steuerrad in eine
Richtung gedreht wird, die Pumpe beispielsweise mit der
ersten Kammer 11A einer Druckzylindereinrichtung 11 verbunden
wird, während die zweite Kammer 12B der zweiten
Druckzylindereinrichtung 12 zur gleichen Zeit mit dem
Rückführungstank 20 verbunden ist. Wenn die Lenkung in die
entgegengesetzte Richtung gedreht wird, wird die Pumpe mit
der ersten Kammer 12A der anderen Kolbenzylindereinrichtung
12 verbunden.
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Die Pumpe liefert auch über eine Abzweigungsleitung 16B
Drucköl an ein Richtungsventil 17, welches in den Figuren in
seiner Mittenposition gezeigt ist und welches auf die
linksseitigen und rechtsseitigen Endpositionen eingestellt
werden kann.
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Jede der Kolbenzylindereinrichtungen besitzt einen jeweiligen
Kolben 11C und 12C, der die Zylinder der Einrichtungen in die
ersten und die zweiten Kammern 11A, 11B bzw. 12A, 12B
aufteilt. Die Kolben sind über die Kolbenstangen 11D, 12D mit
der vorderen Fahrzeughälfte 13 verbunden.
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Das Steuerventil 16 ist konstruiert, um Öl abschnittsweise in
Volumen aus zugeben, die dem Winkel einer Ventildrehung
entsprechen, die wiederum einer gegebenen Drehung des
Fahrzeuglenkrades entspricht und die Vorderfahrzeughälfte 13
veranlaßt, sich um einen entsprechenden Betrag zu drehen.
Normalerweise ist es erforderlich, das Lenkrad um drei bis
vier Umdrehungen zu drehen, um die vordere Fahrzeughälfte von
einer Endposition zu der anderen zu schwenken.
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Wenn das Richtungsventil 17 in seiner Mittenposition
eingestellt ist, dann sind die zweiten Kammern 11B, 12B der
jeweiligen Kolbenzylindereinrichtungen über die Leitungen 18,
19 mit einer Rückführungsleitung 20B verbunden, die zu dem
Tank 20 führt. Die Abzweigungsleitung 16B ist, wie in Figur 1
dargestellt, durch das Richtungsventil 17 geschlossen,
wohingegen die Pumpenleitung 16A nach einer Drehung des
Steuerventils in eine oder die andere Richtung aus seiner
Mittenposition mit der ersten Kammer 11A oder 12A der einen
oder der anderen Kolbenzylindereinrichtung verbunden werden
kann.
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In einer Richtung wird das druckgesteuerte Richtungsventil 17
durch den in der Leitung 21 vorherrschenden Druck über eine
Abzweigungsleitung 21A und durch den in der Leitung 22
vorherrschenden Druck über eine Abzweigungsleitung 22A
aktiviert. Das Ventil wird unter normalen Bedingungen durch
zwei Feder 17A und 17B in seiner Mittenposition gehalten.
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Unter normalen Bedingungen, bei denen ein Lenkdrehmoment
relativ klein ist, wird der in der Leitung 21 oder in der
Leitung 22 vorherrschende Druck unter einem vorgegebenen Wert
P liegen und ist deshalb unzureichend, die Position des
Ventils 17 gegenüber der durch jede Feder ausgeübte Kraft zu
verändern.
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Dies bedeutet, daß die Pumpe 10 nur die erste Kammer 11A oder
die andere 12A versorgen muß. Da dies für die
Lenkdrehmomente, die in der Mehrzahl von Bedingungen benötigt
werden, ausreicht, können die Pumpe und das Steuerventil
wesentlich kleinere Abmessungen aufweisen, als die, die
benötigt werden, wenn die Lenkungskolbenzylindereinrichtungen
gemäß bekannter Techniken permanent über Kreuz gekoppelt
sind.
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Wenn allerdings die vordere FAnrzeughälfte 13 beim Drehen
einen ungewöhnlich hohen Widerstand erfährt, wird der Druck,
beispielsweise in der Leitung 21, ansteigen und in gewissen
Umständen bis zu einem Betrag, der den Druck P übersteigt.
Wenn dies auftritt, kann die Feder 17B dem höheren Druck
nicht standhalten und das Ventil 17 wird auf seine rechte
Endposition eingestellt. Die Abzweigungsleitung 16B der Pumpe
ist dadurch mit der an die zweite Kammer 12B der zweiten
Kolbenzylindereinrichtung 12 laufenden Leitung verbunden,
wohingegen die erste Kammer 11A der ersten
Kolbenzylindereinrichtung 11 mit der Pumpe verbunden bleibt.
Die beiden Lenkkolbenzylindereinrichtungen sind zum Zwecke
einer Erhöhung des Lenkdrehmoments nur dann über Kreuz
verbunden, wenn diese selten auftretenden Bedingungen
angetroffen werden.
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Unter normalen Bedingungen sind die zweite Kammer 11B der
ersten Kolbenzylindereinrichtung und die erste Kammer 12A der
zweiten Kolbenzylindereinrichtung 12 mit dem Tank 20
verbunden.
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Wenn der Druck in der Leitung 22 den vorgegebenen Druckwert P
übersteigt, wird das Ventil 17 in ähnlicher Weise auf seine
linke Endposition eingestellt, um so die Lenkzylinder zum
Drehen des Fahrzeuges in die andere Richtung über Kreuz zu
koppeln.
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Der Druck in der Abzweigungsleitung 21A aktiviert das Ventil
17 über einen Steuerabschnitt 23, und der Druck in der
Abzweigungsleitung 22A aktiviert das Ventil 17 über einen
Steuerbereich 24.
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Wenn das Ventil 17 in Richtung auf eine seiner Endpositionen
eingestellt wird, besteht ein Risiko darin, daß das Ventil
als Folge der alternierenden Druckbedingungen in den
Leitungen oszilliert. Dieses Risiko wird durch Steuerbereiche
25, 26 beseitigt, von denen der Bereich 25 mit der Leitung 18
über die Leitung 25A verbunden ist, und der Bereich 26 mit
der Leitung 19 über eine Leitung 26A verbunden ist.
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Das Ventil 17 befindet sich im Gleichgewicht, wenn:
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(1) P21 x A23 = P19 x A26 + F17B
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(2) P22 x A24 = P18 x A25 + F17B
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mit: P21 = der Druck in der Leitung 21;
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A23 = der Steuerbereich 23;
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P19 = der Druck in der Leitung 19;
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A26 = der Steuerbereich 26;
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F17B = die Federkraft 17B;
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P22 = der Druck in der Leitung 22;
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A24 = der Steuerbereich 24;
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P18 = der Druck in der Leitung 18;
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A25 = der Steuerbereich 25;
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F17B = die Federkraft 17B.
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So bald das erforderliche Lenkdrehmoment unter die normalen
Werte fällt, fällt der Druck in der Leitung 21 oder der
Leitung 22 unter den vorgegebenen Grenzdruck P, was das
Richtungsventil 17 veranlaßt, in seine Mittenposition
zurückzukehren.
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Figur 2 zeigt ein Lenkungssystem, welches im wesentlichen mit
dem in Figur 1 gezeigten System übereinstimmt. Die
Steuerbereiche 23, 24, 25, 26 der Ausführungsform in Figur 1
sind bei der Ausführungsform aus Figur 2 weggelassen worden
und anstelle davon wirkt der Druck in den
Abzweigungsleitungen 21A, 22A direkt auf das federbetriebene
Ventil 17, welches durch die in den Leitungen 21 und 22
vorherrschenden Drucke gesteuert wird, um von 16C kommendes
Drucköl in die richtige Kammer 11B bzw. 12B zu leiten.
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In diesem Fall wird eine Oszillation des Ventils 17 bei der
Einstellung von seiner Mittenposition mit Hilfe eines
Folgeventils oder Hilfsventils 27 verhindert, welches sich
normalerweise in der dargestellten linken oder geschlossenen
neutralen Einstellung befindet, in der das Ventil die
Verbindung zwischen der Abzweigungsleitung 16B der Pumpe und
einer zum Ventil 17 führenden Druckleitung 16C unterbricht.
Das Ventil 27 kann von seiner in Figur 2 dargestellten linken
Position entgegen der Wirkung einer Feder 28 in seine rechte
Position eingestellt werden. Das Ventil umfaßt einen
Durchgang 29, der nun die Leitungen 16B und 16C
zusammenverbindet. Das Ventil wird mit Hilfe von zwei
Führungs- oder Steuerbereichen 30, 31 betätigt, von denen ein
Bereich 30 mit der Leitung 16B über eine Leitung 32 verbunden
ist und der andere Bereich 31 mit dem Verbindungsdurchgang 29,
über eine Leitung 33 verbunden ist.
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Wenn der Druck in der Abzweigungsleitung 16B über den Druck P
ansteigt, wird ein entsprechender Druck in der
Abzweigungsleitung 21A oder 22A erhalten, um so daß Ventil
von seiner Mittenposition in seine rechte bzw. linke Position
zu bewegen. Dieser Druck hat eine Wirkung über den
Steuerbereich 30 und setzt das Ventil 30 in seine offene,
rechtsseitige Endposition zurück, wobei in dieser
Ventilposition der in dem Durchgang 21 vorherrschende Druck
nunmehr über den Steuerbereich 31 auf das Ventil 27 wirkt und
das Halten des Ventils in seiner rechtsseitigen Endposition
unterstützt, bis sich die Druckbedingungen durch Rücksetzen
des Ventils 27 stabilisiert haben.
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Damit Drucköl über die Leitung 16C ankommt, muß das Ventil 27
deshalb die Verbindung zwischen den Leitungen 16B und 16C
öffnen. Dies findet statt, wenn der Druck in der Leitung 16B
den Druck P erreicht hat, so daß P x A30 = F28 ist, wobei A30
der Bereich 30 und F28 die Federkraft 28 ist. Sobald sich das
Ventil 27 geöffnet hat, wirkt der in der Leitung 16B
vorherrschende Druck auf den Steuerbereich 33. Da der Druck P
nunmehr sowohl auf den Steuerbereich 30 als auch auf den
Steuerbereich 33 wirkt, wird das Ventil 27 offengehalten,
selbst wenn der Druck in der Leitung 16B unter den
Öffnungsdruck P = F28 ÷ A30 fällt.
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Sobald der Druck unter den Druck P2 in der Leitung 16B füllt,
in der P2 = F28 ÷ (A30 + A31) ist, wird das Ventil 27 durch
die Feder 28 in seine linksseitige Endposition zurückgeführt.
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Schließlich zeigt Figur 3 eine Ausführungsform, bei der ein
Steuerventil 35 vorgesehen ist, welches durch zwei Federn
35A, 35B in eine Richtung auf seine Mittenposition hin
vorgespannt ist, und welches mittels eines Lenkstabes 34 von
der Mittenposition in jede Richtung bewegt werden kann.
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Das Ventil 35 hat vier Anschlüsse, die mit vier Leitungen
verbunden sind, von denen die Leitung 16A von der Pumpe und
eine Leitung 20A, die zu dem Tank 20 führt, mit einer Seite
des Ventils in der Figur verbunden sind, wohingegen die
Leitungen 21, 22 mit der anderen Seite des Ventils verbunden
sind.
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Wenn das Ventil 35 beispielsweise mit Hilfe des Stabes 34 in
seine rechtsseitige Endposition bewegt wird, wird die Pumpe
10 mit der Leitung 21 und mit der ersten Kammer 11A der
ersten Kolbenzylindereinrichtung 11 verbunden. Die Leitung
20A ist gleichzeitig mit der Leitung 22 verbunden, die die
erste Kammer 12A der zweiten Kolbenzylindereinrichtung 12 mit
dem Tank 20 verbindet.
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Die zweiten Kammern 11B, 12B der beiden
Kolbenzylindereinrichtungen sind über die Leitungen 18, 19
und die Leitung 20A mit dem Tank 20 verbunden.
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Wenn der Druck in den Leitungen 16A, 16B aufgrund eines
ungewöhnlich großen Lenkdrehmoments auf einen Wert größer als
der Wert P ansteigt, dann wird das Ventil 17 auf seine
rechtsseitige Endposition eingestellt, mit dem Ergebnis,
welches voranstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben
wurde.
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Die vordere Fahrzeughälfte setzt eine Drehung so lange fort,
wie der Stab 34 in einer oder der anderen seiner
Endpositionen gehalten wird. Diese Drehbewegung wird durch
Rückführung des Stabes in seine Mittenposition unterbrochen.
Der Vorteil eines Lenkstabes im Vergleich mit einem lenkbaren
Steuerrad besteht darin, daß der Stab beim Arbeiten über
relativ lange Zeitperiode hinweg leichter zu betätigen ist.