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Die
Erfindung betrifft ein Servolenkventil mit einem Eingangselement
und einem Ausgangselement, die relativ zueinander ausgehend von
einer Mittellage verstellbar sind, um einen Fluidstrom zur Lenkunterstützung bereitzustellen.
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Ein
solches Servolenkventil ist zentraler Bestandteil einer hydraulischen
Servolenkung, mittels der eine Lenkunterstützungskraft bereitgestellt
werden kann. Ein Beispiel für
eine solche Servolenkung findet sich in der europäischen Patentanmeldung
0 551 619. Das Eingangselement ist als Eingangswelle ausgebildet,
die mit einem Lenkrad verbunden ist, und das Ausgangselement ist
als Steuerhülse
ausgebildet, die mit einem Lenkgetriebe verbunden ist. Die Eingangswelle
und die Steuerhülse
sind jeweils mit Steuernuten versehen, mittels denen ein Hydraulikstrom
durch das Servolenkventil gesteuert werden kann. In einem Ausgangszustand,
in welchem sich die Eingangswelle und die Steuerhülse relativ
zueinander in einer Ausgangslage befinden, wird ein von einer Pumpe
bereitgestellter Hydraulikstrom gleichmäßig auf zwei Ausgänge des
Servolenkventils verteilt. Wenn die Eingangswelle relativ zur Steuerhülse in einer
Richtung verdreht wird, wird einer der Ausgänge stärker mit dem Hydraulikstrom
versorgt. Dieser Hydraulikstrom kann beispielsweise zu einer Seite
eines Hydraulikzylinders geführt
werden, so daß eine
Lenkunterstützungskraft
in einer ersten Richtung erzeugt wird. Wenn die Eingangswelle relativ zur
Steuerhülse
in der entgegengesetzten Richtung verdreht wird, wird die Lenkunterstützungskraft
in der entgegengesetzten Richtung erzeugt.
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Bei
modernen Fahrzeugen werden zunehmend Systeme verwendet, mittels
denen aktiv auf einen vom Fahrer über das Lenkrad vorgegebenen Lenkimpuls
eingewirkt wird. Auf diese Weise kann das Lenkverhalten beeinflußt werden,
beispielsweise um eine höhere
Fahrzeugstabilität
zu erreichen oder um den Fahrer in bestimmten Situationen zu unterstützen. Bekannt
ist, daß zu
diesem Zweck Überlagerungsgetriebe
verwendet werden, die zwei Eingänge und
einen Ausgang aufweisen. Einer der Eingänge ist mit dem Lenkrad verbunden,
und der zweite Eingang ist mit einem Aktor verbunden, mit dem ein
zusätzliches
Lenksignal erzeugt werden kann. Die beiden Eingänge werden einander überlagert,
so daß am
Ausgang ein einziges Signal bereitgestellt wird, das beispielsweise
einem Lenkgetriebe zugeführt wird.
Der Nachteil von Überlagerungsgetrieben
besteht darin, daß sie
sehr teuer und aufwendig sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Servolenkventil der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit geringem Aufwand aktiv
ein Lenkimpuls erzeugt werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Aktor
vorgesehen, der im Inneren des Servolenkventils angeordnet ist und
das Eingangselement und das Ausgangselement relativ zueinander aus
der Mittellage heraus verdrehen kann. Die Erfindung beruht auf dem
Grundgedanken, den zusätzlichen
Lenkimpuls unmittelbar im Inneren des Servolenkventils zu erzeugen,
indem eine Lenkunterstützungskraft
in der entsprechenden Richtung hervorgerufen wird. Auf diese Weise
kann auf außerhalb des
Lenkgetriebes angeordnete Überlagerungsgetriebe
verzichtet werden, die den zusätzlichen
Lenkimpuls zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe einbringen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß sie hydraulisch realisiert
werden kann, so daß sie
mit geringem Aufwand in bestehende hydraulische Servolenksysteme integriert
werden kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist vorgesehen, daß der
Aktor zwei axial verschiebbare Kolben aufweist, die auf Kugeln einwirken,
die sich wiederum an einer Abstützscheibe abstützen. Die
Verwendung von Kugeln führt
zu einer besonders geringen Reibung bei der Betätigung des Aktors. Auch kann
durch eine geeignet steile Anstellung der Flächen, an denen sich die Kugeln
abstützen,
der erforderliche Stellweg der Kolben verringert werden, so daß sich eine
kompakte Bauform ergibt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen beschrieben, die
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 ein
Servolenkgetriebe mit erfindungsgemäßem Servolenkventil;
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2 eine
schematische Ansicht des Servolenkventils gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 schematisch
das Servolenkventil von 2 mit einem Hydraulikkreis gemäß einer
ersten Variante;
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4 schematisch
das Servolenkventil von 2 mit einem Hydraulikkreis gemäß einer
zweiten Variante;
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5 schematisch
einen Schnitt durch ein Servolenkventil gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6 schematisch
einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI von 5;
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7 schematisch
das Servolenkventil von 5 mit einem Hydraulikkreis;
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8 zeigt
das auf die Eingangswelle ausgeübte
Drehmoment bei einer Druckbeaufschlagung einer ersten Druckkammer;
und
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9 zeigt
schematisch das auf die Eingangswelle ausgeübte Drehmoment bei einer Druckbeaufschlagung
einer zweiten Druckkammer.
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In 1 ist
ein Lenkgetriebe 2 gezeigt, welches eine Eingangswelle 3 aufweist,
die mit einem Lenkrad 4 verbunden ist. Die Eingangswelle 3 ist
Teil eines Servolenkventils 5, das eine Ausgangswelle 6 aufweist.
An dieser ist ein Ritzel 7 angeordnet, das in eine verstellbar
im Lenkgetriebe 2 angebrachte Zahnstange 8 eingreift.
Die Zahnstange 8 ist mit lenkbaren Fahrzeugrädern 9 gekoppelt,
so daß eine
Drehung des Lenkrades 4 in eine Schwenkbewegung der Räder 9 umgesetzt
wird.
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Beim
hier betrachteten Servolenkventil handelt es sich um ein hydraulisches
Servolenkventil, dessen grundsätzlicher
Aufbau beispielsweise aus der US-Patentschrift 4,819,545 bekannt
ist. Auf dieses Dokument wird ausdrücklich in vollem Umfang Bezug
genommen.
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In 2 ist
schematisch das Servolenkventil 5 gezeigt. Die Eingangswelle 3 ist
auf ihrer Außenfläche mit
Steuernuten versehen, die mit Steuernuten auf der Innenseite einer
Steuerhülse 10 zusammenwirken,
die drehfest mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist. Durch
Verdrehung der Eingangswelle und der Ausgangswelle relativ zueinander
kann von den Steuernuten ein Hydraulikstrom bereitgestellt werden,
der in eine Lenkunterstützungskraft
umgesetzt wird. Dies ist auf dem Gebiet der hydraulischen Servolenkungen
allgemein bekannt, so daß hierauf
nicht weiter eingegangen wird.
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Ebenfalls
bekannt ist, daß die
Eingangswelle 3 und die Steuerhülse 10 zum einen miteinander durch
einen Torsionsstab gekoppelt sind, der sie in eine Ausgangslage
relativ zueinander beaufschlagt. Weiterhin ist eine sogenannte Mittenzentrierung
vorgesehen, die aus einer ersten Zentrierscheibe 12, einer
zweiten Zentrierscheibe 14 und Zentrierkugeln 16 besteht.
Die erste Zentrierscheibe 12 ist fest mit der Eingangswelle 3 verbunden.
Die zweite Zentrierscheibe 14 ist drehfest mit der Steuerhülse 10 verbunden,
kann jedoch in axialer Richtung relativ zur Längsachse L des Servolenkventils
geringfügig
verschoben werden. Zu diesem Zweck ist eine Kugelführung 18 vorgesehen.
Jede der beiden Klemmscheiben weist auf den einander gegenüberliegenden Stirnseiten
jeweils eine Vertiefung 20 auf zwischen denen jeweils eine
Zentrierkugel 16 aufgenommen ist. Auf die von der ersten
Zentrierscheibe 12 abgewandte Seite der zweiten Zentrierscheibe 14 wirkt eine
Zentrierfeder 22 ein, die sich an einem Verschlußelement 24 abstützt. Das
Verschlußelement 24 ist fest
im Inneren des Servolenkventils 5 angebracht. Zwischen
dem Verschlußelement 24 und
der zweiten Zentrierscheibe 14 ist eine Zentrierkammer 26 ausgebildet,
die über
einen Druckanschluß 28 mit
einem variablen, gesteuerten Druck beaufschlagt wird.
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Die
erste Zentrierscheibe 12 und die zweite Zentrierscheibe 14 sind
so angeordnet, daß ihre
in 2 gezeigte Ausgangsstellung mit der Ausgangsstellung
der Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 übereinstimmt;
anders ausgedrückt
entspricht die neutrale Mittellage des Servolenkventils 5 auch
der Mittellage von Zentrierscheibe 12 relativ zu Zentrierscheibe 14.
Wenn die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 verdreht
werden soll, muß die
zweite Zentrierscheibe 14 in der Richtung des Pfeils P
von der ersten Zentrierscheibe 12 weggedrückt werden. Hierbei
muß eine
Andruckkraft überwunden
werden, die sich zusammensetzt aus der von der Zentrierfeder 22 ausgeübten Kraft
und der vom Druck in der Zentrierkammer 26 auf die zweite
Zentrierscheibe 14 ausgeübten Kraft. Je größer diese
Andruckkraft ist, desto größer muß das auf
die Eingangswelle 3 ausgeübte Lenkmoment sein, um eine
vorbestimmte Lenkunterstützungskraft
durch Relativverdrehung der Eingangswelle 3 relativ zur
Steuerhülse 10 zu
erzeugen. Auch dies ist grundsätzlich
aus dem Stand der Technik bekannt.
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Das
Lenkgetriebe 5 ist mit einem Aktor 30 versehen,
der in exakt der entgegensetzten Richtung wirkt wie die Mittenzentrierung.
Der Aktor 30 ermöglicht
es, die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 aus
der Mittenlage heraus zu verdrehen, die durch die Mittenzentrierung
vorgegeben ist.
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Der
Aktor 30 weist ein Abtriebselement in Form einer Abstützscheibe 32 auf,
die fest mit der Eingangswelle 3 verbunden ist. Die Abstützscheibe weist
auf jeder ihrer Seiten mehrere Abstützflächen 34 auf, die schräg zu einer
zur Längsachse
L senkrechten Ebene ausgerichtet sind. Auf jeder Seite der Abstützscheibe 32 ist
ein Kolben 36 angeordnet, die Teil einer Antriebsbaugruppe
sind. Jeder Kolben 36 ist drehfest mit der Steuerhülse 10 verbunden,
kann jedoch in axialer Richtung, also entlang der Längsachse
L, im Inneren des Servolenkventils 5 und damit relativ
zur Abstützscheibe 32 verschoben
werden. Hierfür
sind Führungskugeln 38 vorgesehen,
die in Nuten sowohl in den Kolben 36 als auch in der Steuerhülse 10 eingreifen
und auf diese Weise die Verschiebbarkeit in Längsrichtung ermöglichen,
jedoch eine drehfeste Verbindung mit der Steuerhülse 10 herbeiführen. Jeder
Kolben 36 ist auf seiner der Abstützscheibe 32 zugewandten
Stirnseite mit mehreren Druckflächen 40 versehen,
die den Abstützflächen 34 an
der Abstützscheibe 32 gegenüberliegen. Auch
die Druckflächen 40 sind
schräg
zu einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Längsachse L ist. Zwischen den
Druckflächen 40 und
den Abstützflächen 34 ist
jeweils eine Kugel 42 angeordnet. Die Kugeln auf jeweils
einer Seite der Abstützscheibe 32 sind miteinander
durch einen Kugelhalter 44 verbunden.
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Auf
jede von der Abstützscheibe 32 abgewandte
Rückseite
jedes Kolbens 36 wirkt eine Druckfeder 46 ein.
Das andere Ende jeder Druckfeder stützt sich am Verschlußelement 24 bzw.
einem Verschlußdeckel 48 ab.
Zwischen dem Verschlußelement 24 bzw.
dem Verschlußdeckel 48 und
dem entsprechenden Kolben 36 ist eine Druckkammer 50 bzw. 50' gebildet, die über einen
Druckanschluß 52 bzw. 52' mit einem variablen,
gesteuerten Druck beaufschlagt werden kann.
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Im
Ausgangszustand herrscht in den beiden Druckkammern 50, 50' derselbe Druck,
so daß die von
den beiden Kolben 36 auf die Abstützscheibe 32 ausgeübten Drehmomente
sich aufheben. Wenn die Eingangswelle 3 relativ zur Steuerhülse 10 aktiv
verdreht werden soll, also unabhängig
von dem über
das Lenkrad aufgebrachten Lenkmoment, wird an eine der Druckkammern 50, 50' ein höherer Druck
angelegt als an die andere Druckkammer. Wenn beispielsweise an die
in 2 rechte Druckkammer ein höherer Druck angelegt wird,
wirkt zwischen der Abstützscheibe 32 und
dem rechten Kolben 36 ein Drehmoment, welches die Eingangswelle 3 relativ
zur Steuerhülse 10 in
der Richtung der Pfeile R zu verdrehen sucht. Durch eine Beaufschlagung
der linken Druckkammer 50' kann
eine entgegengesetzte Relativdrehung hervorgerufen werden. Auf diese
Weise kann eine Lenkunterstützungskraft
in einer gewünschten Richtung
hervorgerufen werden, ohne daß hierfür ein entsprechender
Eingangsimpuls vom Lenkrad erforderlich ist.
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In 3 ist
schematisch ein Hydraulikschaltkreis zum Ansteuern des Aktors 30 gezeigt.
Es ist ein Motor 54 vorgesehen, der eine Hydraulikpumpe 56 antreibt.
Weiterhin ist ein Druckspeicher 58 vorgesehen.
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Zwischen
der Hydraulikpumpe 56 und dem Aktor 30 ist ein
Abschaltventil 60 angeordnet, welches im Ausgangszustand
die beiden Druckkammern 50, 50' mit einem Vorratsbehälter 62 verbindet. Somit
befinden sich die beiden Druckkammern 50, 50' im Ausgangszustand
auf demselben niedrigen Druckniveau. Außerdem ist ein Richtungsventil 64 vorgesehen,
mittels dem gesteuert werden kann, welche der beiden Druckkammern 50, 50' mit Druck beaufschlagt
wird.
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Wenn
die rechte Druckkammer 50 mit Druck beaufschlagt werden
soll, muß zuerst
das Abschaltventil 60 betätigt werden, so daß überhaupt
eine Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe 56 und dem Aktor 30 besteht.
Das Richtungsventil 64 kann in seiner Ausgangsstellung
verbleiben. Auf diese Weise wird der von der Hydraulikpumpe 56 bereitgestellte Hydraulikdruck
zur rechten Druckkammer 50 geleitet. Die Höhe des der
entsprechenden Druckkammer zugeführten
Hydraulikdrucks wird über
die Drehzahl des Motors 54 gesteuert. Wenn die linke Druckkammer 50' mit Druck beaufschlagt
werden soll, wird das Richtungsventil 64 umgeschaltet,
so daß der
von der Hydraulikpumpe 56 erzeugte Hydraulikdruck zur linken
Druckkammer 50' geführt wird.
Zum Abschalten des Aktors wird das Abschaltventil 60 wieder
in seinen Ausgangszustand gebracht, so daß die beiden Druckkammern 50, 50' zum Vorratsbehälter 62 entlüftet werden.
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In 4 ist
eine andere Variante des Hydraulikkreises gezeigt. Hier wird eine
bidirektionale Pumpe verwendet, die in Abhängigkeit von der mit Druck
zu beaufschlagenden Druckkammer 50 in der einen oder der
anderen Richtung be trieben wird. Auch hier kann die Höhe des der
entsprechenden Druckkammer 50 zugeführten Drucks über die
Motordrehzahl gesteuert werden.
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In
den 5 und 6 ist schematisch ein Aktor 30 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
gezeigt. Für
die von der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der
Aktor 30 weist bei der zweiten Ausführungsform in jeder Druckkammer 50 bzw. 50' mehrere Kolben 36 auf,
die jeweils abgedichtet, jedoch verschiebbar in einer Öffnung 70 der
Steuerhülse 10 gelagert
sind. Die Mittelachse und Verschieberichtung jedes Kolbens 36 liegt
in einer zur Längsachse
L senkrechten Ebene, ist jedoch gegenüber einer radialen Ausrichtung
translatorisch verschoben. Daher läuft jede Wirklinie jedes Kolbens 36 in
einem Abstand s an der Längsachse
L vorbei (siehe 5). Jeder Kolben 36 liegt
mit seiner von der Druckkammer 50 bzw. 50' abgewandten
Stirnseite an einem Vorsprung 72 an, der einstückig mit
der Eingangswelle 3 ausgebildet ist.
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In 7 ist
schematisch ein Hydraulikkreis gezeigt, mit welchem der Aktor 30 gemäß der zweiten
Ausführungsform
angesteuert werden kann. Es wird eine unidirektionale Hydraulikpumpe 56 verwendet,
wobei zusätzlich
ein Druckbegrenzungsventil 74 und ein Drucksensor 76 vorgesehen
sind. Außerdem ist
eine Steuereinheit 78 vorgesehen, die mit dem Drucksensor 76 in
Verbindung steht und den Motor 54, das Druckbegrenzungsventil 74 sowie
insgesamt vier Schaltventile 80, 82, 84, 86 ansteuert.
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Im
Ausgangszustand sind die beiden Druckkammern 50, 50' mittels der
beiden Schaltventile 80, 84 von der Hydraulikpumpe 56 isoliert.
Gleichzeitig sind die beiden Druckkammern über die Schaltventile 82 und 86 zum
Vorratsbehälter 62 entlüftet.
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Wenn
die Druckkammer 50 mit Druck beaufschlagt werden soll,
werden die beiden Schaltventile 80, 82 betätigt. Dadurch
wird die Druckkammer 50 mit der Druckseite der Hydraulikpumpe 56 verbunden,
während
die Verbindung zum Vorratsbehälter 62 geschlossen
wird. Der dann auf die Kolben 36 wirkende Hydraulikdruck
(siehe 8) führt
zu einem Reaktionsmoment (siehe Pfeil M), mittels dem die Steuerhülse 10 relativ
zur Eingangswelle 3 entgegen dem Uhrzeigersinn beaufschlagt
wird.
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Wenn
die Druckkammer 50' mit
Druck beaufschlagt werden soll, werden die beiden Schaltventile 84, 86 geschaltet,
so daß die
Druckseite der Hydraulikpumpe 56 mit der Druckkammer 50' verbunden wird,
während
die Verbindung zum Vorratsbehälter 62 unterbrochen
wird. Auf diese Weise wird ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes
Reaktionsmoment M (siehe 9) erzeugt.