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Lenkeinrichtung mit Hilfskraftunterstützung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Lenkeinrichtung mit Hilfskraftunterstützung für Kraftfahrzeuge mit einer das Druckmittel zum Servomotor steuernden Druckmittelsteuereinrichtung und zwei Druckmittelpumpen.
Es ist bereits bekannt, für Lenkeinrichtungen der genannten Art zwei Druckmittelpumpen vorzusehen, von denen die eine Pumpe über eine Druckmittelsteuereinrichtung Druckmittel zum Servomotor fördert, während der zweiten Pumpe die Aufgabe zukommt, eine von der ersten Pumpe geförderte, mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigendeDruckmittelmenge aus dem Arbeitskreislauf abzuzweigen bzw. die Hilfs- kraft bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit abzuschalten.
Es sind weiterhin Ausführungen bekanntgeworden, welche die Pumpe über ein umfangreiches, zwischen Antrieb und Abtrieb des Fahrzeuges geschaltetes Getriebe antreiben, so dass bei mit hohen Drehzahlen laufendem Motor und still stehendem Fahrzeug bzw. bei stehendem Motor und schnellaufendem Fahrzeug stets eine relative Drehzahl für den Antrieb der Pumpe vorhanden ist. Diese Ausführungen betreffen jedoch den Antrieb nur einer Pumpe, deren Drehzahl mit dem vorgenannten Getriebe unabhängig von der Motordrehzahl annähernd konstant gehalten werden soll. Derartige Getriebe sind aufwendig und teuer.
Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche in ihrem Aufbau äusserst einfach ist und nur eine geringe Anzahl von leicht herzustellenden Bauteilen erfordert und mit welcher eine sichere und ohne Unterbrechung des erforderlichen Druckes für den Servomotor erfolgende Umschaltung von der einen auf eine zweite oder weitere Druckmittelpumpe erzielbar ist, wenn beispielsweise der bzw. die Antriebsmotoren des Fahrzeuges bei rollendem Fahrzeug stillgesetzt werden.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass beide Druckmittelförderpumpen ständig angetrieben sind, wie dies an sich bekannt ist, und jeweils nur der Druckmittelkreis einer der Druckmittelförderpumpen an die Druckmittelsteuerung bzw. den Servomotor angeschlossen ist und dass ein Umsteuerventil vorhanden ist, dessen Ventil vom Druckmitteldruck bzw. von der Durchflussmenge des jeweils an den Servomotor angeschlossenen Druckmittelkreislaufes betätigbar ist, derart, dass das Ventil bei Unterbrechung des jeweils an die Druckmittelsteuereinrichtung bzw. den Servomotor angeschlossenen Druckmittelkreises einer der Pumpen selbsttätig den zweiten Druckmittelkreis oder den Druckmittelkreis einer weiteren Druckmittelförderpumpe an den Servomotor anschliesst.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass eine der Druckmittelförderpumpen ständig durch den Fahrzeugmotor und die andere Pumpe vom Abtrieb z. B. der Abtriebswelle des Schaltgetriebes oder der Hinterachse antreibbar ist. Selbstverständlich könnten aber auch beide Druckmittelförderpumpen ständig vom Fahrzeugmotor getrieben sein.
Das Umschaltventil gemäss der Erfindung ist derart aufgebaut, dass es einen vom Druckmittel einer der Druckmittelpumpen beaufschlagbaren und gegen die Wirkung einer Federung verschiebbaren Umsteuerkolben enthält und am Kolben sowie dessen Zylinder Steuernuten vorgesehen sind, durch welche das, von der einen bzw. andern Pumpe geförderte Druckmittel über an diese angeschlossene Leitungen zum Servomotor bzw. zum Druckmittelrücklauf steuerbar ist.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen gemäss der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. l die gesamte Einrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein gegenüber Fig. 1 erweitertes Zusammenbauschema der Einrichtung, Fig. 3 das Umschaltventil der Einrichtung in einem Längsschnitt nach
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Fig. l, Fig. 4 das Umschaltventil in einem Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 und Fig. 5 das Umschaltventil in einer gegenüber Fig. 3 bzw. 4 veränderten Arbeitsstellung, längsgeschnitten dargestellt.
In Fig. 1 ist eine durch Hilfskraft unterstützte Spindellenkung vorgesehen, welche koaxial zur Lenkspindel einen doppelt beaufschlagbaren Kraftkolben aufweist, zu welchem eine Druckmittelsteuerung konzentrisch angeordnet ist. Für die erfindungsgemässe Einrichtung können jedoch auch Hilfskraftlenkungen jeder andern Bauart Anwendung finden.
Die Einzelheiten der Hilfskraftlenkung sind hier nicht dargestellt, sondern nur das den Kraftkolben und die Druckmittelsteuerung sowie das Lenkgetriebe aufnehmende Gehäuse, welches mit 2 bezeichnet ist.
In das Lenkgetriebegehäuse 2 mündet eine an ein Kapselwerk 3 angeschlossene Leitung 4, die entsprechend der Stellung des Ventilschiebers der Druckmittelsteuerung mit dem einen oder andern Zylinderraum vor dem Kraftkolben Verbindung erhält. Eine weitere in das Lenkgetriebegehäuse 2 mündende Leitung 6 dient zur Rückleitung des Druckmittels über die Druckmittelsteuereinrichtung vom einen oder andern Zylinderraum und führt zu einem Vorratsbehälter 8, an welchen über eine Leitung 10 auch die Saugseite der Druckmittelpumpe 3 angeschlossen ist. Die Pumpe 3 wird hier vom Motor des Fahrzeuges angetrieben und fördert eine konstante Druckmittelmenge.
Zusätzlich zu dem beschriebenen Aufbau ist eine weitere Druckmittelpumpe 12 vorhanden, deren Saugseite über eine Leitung 13 mit dem Vorratsbehälter 8 in Verbindung steht. Sowohl die Druckseite der Pumpe 3 als auch die der Pumpe 12 ist über eine Druckleitung 4a bzw. 4b an ein Umschaltventil 15 angeschlossen. Die Druckmittelpumpe 12 wird im Gegensatz zur Pumpe 3 von den Fahrzeugrädern oder der Hinterachse des Fahrzeuges angetrieben, u. zw. um eine Umkehr der Drehrichtung der Pumpe 12 bei Rückwärtsfahrt zu verhindern, über eine Einwegkupplung, die hier nicht dargestellt ist. Ausserdem ist an das Umschaltventil 15 eine weitere zum Vorratsbehälter 8 führende Rücklaufleitung 17 angeschlossen.
Die Fig. 3-5 lassen den Aufbau des Umschaltventils erkennen, dem hier die Aufgabe zukommt, bei Abschaltung der einen Druckmittelpumpe, beispielsweise beim Stillsetzen des Motors während der Fahrt selbsttätig das von der Pumpe'12 geförderte Druckmittel der Druckmittelsteuerung bzw. den Zylinderräumen des Kraftkolbens zuzuführen. In eine Bohrung 19 des Gehäuses 18 des Umschaltventils 15 ist axial verschiebbar ein Umsteuerkolben 20 eingesetzt ; letzterer kann in der einen Verschieberichtung gegen die Wirkung einer sich am Gehäuse abstützenden Druckfeder 21 verstellt werden. Die der Druckfeder abgewandte Stirnseite 22 des Kolbens 20 dient hiebei als Kolbenfläche und wird von dem von der Druckmittelpumpe 3 über die Druckleitung 4a in den Zylinderraum 23 geförderten Druckmittel beaufschlagt.
In die Bohrung 19 des Gehäuses 18 sind Ringnuten 24 und 25 eingearbeitet, die mit entsprechend ausgebildeten Ringnuten 26,27 und 28 im Gehäuse 18 zusammenarbeiten.
Die Ringnut 24 steht mit der Rücklaufleitung 17 und die Ringnut 25 mit der Druckleitung 4 (Fig. 4) in Verbindung, während die Ringnut 27 an die von der Druckmittelpumpe 12 kommende Druckleitung 4b angeschlossen ist. Der Umsteuerkolben 20 weist eine axial gerichtete und mit dem Zylinderraum 23 in Verbindung stehende Sackbohrung 30 auf, von welcher durch radial gerichtete Kanäle 32 eine ständige Verbindung zur Ringnut 28 hergestellt ist. Die Bohrung 30 steht ausserdem über eine oder mehrereradiale als Drosselstellen dienende Bohrung 33 mit der Ringnut 26 in Verbindung, u. zw. zu dem Zweck, dass bei 'einer Verstellung desUmsteuerkolbens20 durchAbschaltung der Pumpe 3 das im Zylinderraum 23 befindliche Druckmittel in die Nut 26 abfliessen kann.
Das im Zylinderraum 23 befindliche Druckmittel würde einer Bewegung des Kolbens 20 nach rechts hinderlich sein, weil die stehende Pumpe 3 die Leitung 4a absperrt. Die Steuerkanten 36 am Kolben 20 bzw. dem Gehäuse 18 sind so ausgebildet, dass sie bei einer Bevegung des Kolbens 20 nach rechts öffnen, bevor die Steuerkanten 37 schliessen. Gleichzeitig ist im Umsteuerkolben 20 noch eine axiale Bohrung 34 vorhanden, die mit der die Druckfeder 21 aufnehmenden Kammer und über radiale Bohrungen 35 mit der in die Druckmittelrückflussleitung 17 mündenden Ringnut 24 ständige Verbindung hat. Die letztgenannten Bohrungen haben. dabei die Aufgabe, die Federkammer mit der Niederdruckseite zu verbinden.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist wie folgt : Die Druckmittelpumpe 3 fördert bei laufendem Motor eine konstante Druckmittelmenge, u. zw. über die Druckleitung 4a zum Zylinderraum 23 vor den Umsteuerkolben 20. Letzterer wird durch die Beaufschlagung seiner Kolbenfläche 22 gegen die Wirkung der Druckfeder 21 nach links gedrückt, u. zw. in die in Fig. 3 und 4 gezeigte Stellung.
Die Rücklaufringnut 26 ist dabei abgeschlossen und das Druckmittel gelangt über die Bohrungen 32 in die Ringnut 28, die in dieser Stellung des Umsteuerkolbens 20 mit der Ringnut 25 Verbindung hat, so dass das Druckmittel über die Druckleitung 4 zur Druckmittelsteuereinrichtung der Hilfskraftlenkung geleitet wird.
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Die von den Fahrzeugrädern angetriebene Pumpe 12 fördert ebenfalls eine der Pumpe 3 entsprechen- de konstante Druckmittelmehge. u. zw. über die Rückleitung 4b, die in die Ringnut 27 des Umschaltven- tils 15 einmündet. Das Druckmittel wird jedoch über die mit der Ringnut 27, bei der beschriebenen Stel- lung des Umsteuerkolbens 20 in Verbindung stehende Ringnut 24 zur Rücklaufleitung 17 und damit über die j Rücklaufleitung 6 zum Vorratsbehälter 8 drucklos zurückgeleitet. Durch das ständige Mitlaufen der Druck- mittelpumpe 12 wird erreicht, dass bei Unterbrechung der Druckmittelförderung der Druckmittelpumpe 3 der erforderliche Druck des von der Druckmittelpumpe 12 beförderten Druckmittels ohne Verzögerung durch die Umschaltung dem Servomotor zugeführt werden kann.
Ein Einschalten der zweiten Pumpe erst nach Unterbrechung der Druckmittelförderung durch die Pumpe 3 würde sich wegen der damit verbundenen Verzögerung der Ausbildung des Druckes am Servomotor nachteilig bemerkbar machen.
Wird derDruckmittelkreislauf der Druckmittelpumpe 3 unterbrochen, so wird der Umsteuerkolben 20 des Umschaltventils 15 infolge des nicht mehr auf ihn wirkenden Druckmittels und durch die Wirkung der zusammengedrückten Feder 21 nach rechts verstellt. Damit erhält die in die Druckleitung 4b der Druck- mittelpumpe 12 mündende Ringnut 27 Verbindung mit der Ringnut 25, an welche die Druckleitung 4 angeschlossen ist.
Wie Fig. 5 erkennen lässt, erhält nunmehr auch die Ringnut 26 Verbindung mit der Ringnut 24, so dass der Umsteuerkolben 20 von der Federkammer aus über die Bohrungen 34 und 35 sowie die Rücklauf- leitung 17 vom Niederdruck beaufschlagt werden kann, so dass der von der Pumpe 3 kommende Druck- mittelstrom den Umsteuerkolben wieder nach links verschieben kann, wenn die Pumpe 3 läuft. Die Über- deckung der Ringnuten 26, 27 und 28 mit den Ringnuten 24 und 25 ist unterschiedlich gewählt, u. zw. so, dass bei einer Verstellung des Umsteuerkolbens 20 nach rechts und die Ringnuten 26 und 24 vor dem
Schliessen der Steuerkanten 37 in Verbindung treten können.
Somit kann das in der Druckleitung 4a bei stillstehender Druckmittelpumpe 3 befindliche Druckmittel über die Druckmittelrücklaufleitung 17 ab- fliessen, so dass der Umsteuerkolben 20 ohne Behinderung nach rechts verschoben werden kann. Die Nut
27 ist etwas grösser als der gegenüberliegende Nutensteg zwischen den Nuten 24 und 25. Dadurch wird ein
Druckaufbau von der Pumpe 12 beim Umschalten verhindert. Die Druckmittelsteuereinrichtung bzw. der
Servomotor der Hilfskraftlenkung erhält somit bei Abschaltung oder Unterbrechung der Druckmittelför- derung der Druckmittelpumpe 3 ohne Verzögerung selbsttätig das Druckmittel von der Pumpe 12 zuge- führt.
Die gleiche Ausführung des Umschaltventils lässt sich auch, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, bei
Fahrzeugen mit zwei oder mehreren, beispielsweise abwechselnd arbeitenden Motoren mit zwei als Druck- erzeuger dienenden Pumpen verwenden. Auch hiebei ist eine weitere Pumpe vorgesehen, die von den
Fahrzeugrädern angetrieben wird. Es werden dafür zwei Umschaltventile mit dem gleichen Aufbau und der gleichen Wirkungsweise wie bereits beschrieben benötigt. Es ist auch möglich, die beiden Ventile zu einer Baueinheit zusammenzuschliessen, jedoch ist es aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhafter,
Einzelventile vorzusehen, die sich nach dem Baukastenprinzip zusammenschalten lassen. Die Anlage ist durch in Reihe-Schaltung eines'weiteren Umschaltventils auf einfache Weise zu erweitern, beispielsweise wenn weitere Pumpen zugeschaltet werden sollen.
Da die hier mit 40 und 41 bezeichneten Umschalten- tile den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkungsweise (wie bei Fig. 3 - 5 bereits beschrieben) aufwei- sen, sind der Übersichtlichkeit halber auch für beide die gleichen Bezugszeichen wie dort verwendet. Die beiden je von einem Fahrzeugmotor antreibbaren Druckmittelpumpen sind mit 43 bzw. 44 und die vom
Abtrieb des Fahrzeuges antreibbare Pumpe ist mit 45 bezeichnet. Die Saugseite aller Pumpen ist über je eine Zuführungsleitung mit einer zum Vorratsbehälter 42 führenden Leitung 46 verbunden. Die Druck- leitung 47 der Pumpe 43 mündet in den Zylinderraum 23 und die Druckleitung 48 der zweiten Pumpe 44 in die Ringnut 27 des Umschaltventils 40, während die Druckleitung 49 der Pumpe 45 an die Ringnut 27 des zweiten Umschaltventils 41 angeschlossen ist.
Von der Ringnut 25 des Umschaltventils 40 führt eine
Leitung 50 zum Zylinderraum 23 des Umschaltventils 41, während die Rücklaufringnut 24 des Ventils 40 über eine an die Druckmittelrückführung 51 bzw. 52 der Hilfskraftlenkeinrichtung angeschlossene Rücklaufleitung 51 zum Vorratsbehälter 42 in Verbindung steht. Die Rücklaufringnut 24 des zweiten Umschalt- ventils 41 ist ihrerseits über eine Leitung 54 an die Rücklaufleitung 51 und deren Ringnut 25 über eine Druckleitung 55 an die Druckmittelsteuerung der Hilfskraftlenkeinrichtung 56 angeschlossen.
Die Wirkungsweise ist bei diesem Aufbau wie nachfolgend beschrieben Ist die Druckmittelpumpe 43 in Tätigkeit, so steht der Umsteuerkolben 20 des Umschaltventils 40 in der in Fig. 3 und 4 gezeigten, nach links verschobenen Stellung und das Druckmittel gelangt über den Zylinderraum 23 und die Bohrung 32 sowie die Ringnuten 28 und 25 zur Druckleitung 50 und von da in den Zylinderraum 23 des Umschaltventils 41. Auch der Umsteuerkolben 20 dieses Ventils 41 wird dadurch in die nach links gegen die Wir-
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kung der Feder 21 verschobene Stellung gedrückt. Das von der Pumpe 43 geförderte Druckmittel wird so- mit über die Bohrung 32 und die Ringnuten 28 und 25 sowie die Leitung 55 zur Druckmittelsteuerung der
Hilfskraftlenkeinrichtung 56 geleitet.
Das von der zweiten Pumpe 44 und der Pumpe 45 geförderte Druck- mittel wird dabei drucklos über die Leitung 48 und die Ringnuten 27 und 24 des Umschaltventils 40 bzw. i über die Leitung 49 und die Ringnuten27 und 24 des zweiten Umschaltventils 41 sowie deren gemeinsame
Rücklaufleitung 51 bzw. 54 zum Vorratsbehälter 42 zurückgeführt. Ist die Pumpe 43 ausser Betrieb und ar- beitet an deren Stelle die zweite Pumpe 44, so wird der Umsteuerkolben 20 des Umschaltventils 40 nach rechts verstellt (Fig. 5) und das durch die Pumpe 44 geförderte. Druckmittel über die Ringnut 27 und 25 so- wie die Druckleitung 50 in den Zylinderraum 23 des Umschaltventils 41 geleitet.
Der Umsteuerkolben 20 dieses Ventils behält dadurch seine in Fig. 3 und 4 dargestellte Lage bei, so dass das von der zweiten Pumpe 44 geförderte Druckmittel über die Bohrungen 32, die Ringnuten 28 und
25 sowie die Druckleitung 55 zur Druckmittelsteuerung geleitet wird. Die Pumpe 45 fördert dabei in den
Vorratsbehälter 42. Werden beide Pumpen 43 und 44 stillgesetzt bzw. deren Druckmittelkreisläufeunter- brochen, so übernimmt die Pumpe 45 sofort deren Funktion. i Da der Umsteuerkolben 20 des Ventils 40 bzw. 41 nicht mehr vom Druckmittel der Pumpe 43 bzw.
44 beaufschlagt wird, nimmt derselbe die in Fig. 5 gezeigte Lage ein. Das von der Pumpe 45 geförderte
Druckmittel wird daher über die Ringnut 27 und 25 des Umschaltventils 41 und die Druckleitung 55 zur
Druckmittelsteuerung bzw. zunr Servomotor der Hilfskraftlenkeinrichtung geleitet.
Es ist auch möglich, in die Funktion des Umschaltventils die Rücklaufleitungen einzubeziehen. Auf diese Weise können einzelneDruckmittelkreisläufe der Pumpen getrennt und jedem Kreislauf ein Vorrats- behälter zugeordnet werden. Eine solche Anordnung ist jedoch wesentlich aufwendiger als der beschriebe- ne Aufbau. Die Umschaltung von der einen auf die andere der Druckmittelpumpenerfolgt selbstverständ- lich auch bei Ausfall einer der Pumpen bzw. bei Störungen in deren Druckmittelkreisläufen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lenkeinrichtung mit Hilfskraftunterstützung für Kraftfahrzeuge, mit einer das Druckmittel zum
Servomotor steuernden Druckmittelsteuereinrichtung und zwei Druckmittelförderpumpen, dadurch ge- kennzeichnet, dass beide Druckmittelförderpumpen ständig angetrieben sind, wie dies an sich bekannt ist, und jeweils nur derDruckmittelkreis einer der Druckmittelförderpumpen (3 bzw. 12) an die Druckmittel- steuerung bzw. den Servomotor angeschlossen ist und dass ein Umsteuerventil (15 ;
40,41) vorhanden ist, dessen Ventilglied (20) vom Druckmitteldruck bzw. von der Durchflussmenge des jeweils an den Servomo- tor (2) angeschlossenen Druckmittelkreislaufes (4a bzw. 4b) betätigbar ist, derart, dass das Ventilglied (20) bei Unterbrechung des jeweils an die Druckmittelsteuereinrichtung bzw. den Servomotor (2) angeschlosse- nen Druckmittelkreises einer der Pumpen (3 bzw. 12) selbsttätig den zweiten Druckmittelkreis (3 bzw. 12) oder den Druckmittelkreis (49) einer weiterenDruckmittelförderpumpe (43 bzw. 44 bzw. 45) an den Ser- vomotor anschliesst.
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