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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisches Druckstoß-Sperrventil, insbesondere
für ein
hydraulisches Hilfskraft-Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, das in
einer von einer Druckquelle zu einem Hydraulik-Arbeitszylinder führenden
Leitung eingebaut ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber
auf die
DE 101 06
958 A1 verwiesen.
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Mit
hydraulischer Hilfskraftunterstützung
arbeitende Fahrzeug-Lenksysteme sind in unterschiedlichen Ausführungsformen
bekannt und vielfach bewährt.
In Abhängigkeit
von gewissen Randbedingungen kann es bei einigen Systemgestaltungen
jedoch teilweise zu unerwünschten
Geräuschen
insbesondere im Bereich des Lenkgetriebes, das üblicherweise als Baueinheit
einen sog. Lenkungszylinder als hydraulischen Arbeitszylinder sowie
ein Lenkungsventil als Druckquelle für diesen Arbeitszylinder enthält, kommen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Geräusche letztlich auf hydraulische
Druckstöße zurückzuführen sind,
die von den lenkbaren Fahrzeugrädern
ausgelöst
werden, indem über
deren Spurstangen im Lenkungszylinder (Arbeitszylinder) hydraulische
Druckimpulse erzeugt werden, die dann in das Lenkungsventil gelangen.
Es wurde herausgefunden, dass die störenden Geräusche auf die Übertragung
der genannten Druckimpulse aus dem Lenkungszylinder in das Lenkungsventil
zurückzuführen sind,
wobei dieses Phänomen
praktisch nur bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auftritt.
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Als
Abhilfemaßnahme
für diese
geschilderte Problematik können
sog. Druckstoß-Sperrventile zum
Einsatz kommen, die verhindern, dass intensive hydraulische Druckimpulse
im Hydrauliksystem der Fahrzeug-Lenkung übertragen, d.h. weitergeleitet werden.
Ein hierfür
besonders gut geeignetes, da funktional zuverlässig arbeitendes, das Ansprechverhalten
des Lenksystems praktisch nicht beeinflussendes und dabei einfach
aufgebautes sog. Druckstoß-Sperrventil
aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem zylindrischen
Gehäuse
verschiebbar geführter
Sperrkolben an seiner ersten Stirnseite mit dem Hydraulikdruck der
Druckquelle (d.h. dem Lenkungsventil des Fzg.-Lenksystems) beaufschlagt
und an seiner gegenüberliegenden
zweiten Stirnseite mit dem Hydraulikmedium aus dem Arbeitszylinder
(d.h. dem Lenkungszylinder des Fzg.-Lenksystems) beaufschlagt ist
und dass einander entgegengerichtet zwei Federelemente am Sperrkolben
angreifen, der in seiner Mittellage die Verbindungsleitung zwischen
der Druckquelle und dem Hydraulik-Zylinder verschließt. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Dabei
sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßes Druckstoß-Sperrventil
nicht nur in einem hydraulischen Hilfskraft-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges,
sondern auch in anderen Hydrauliksystemen und (aufgrund seiner Robustheit)
dabei bevorzugt in Kraftfahrzeug-Hydrauliksystemen zum Einsatz kommen
kann.
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Zur
näheren
Erläuterung
der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Prinzipskizzen verwiesen,
wobei 1 ein erfindungsgemäßes Druckstoß-Sperrventil in einem
Schnitt zeigt, das in eine Hydraulik-Verbindungsleitung 1 zwischen
einer nicht dargestellten Druckquelle, die durch die Bezugsziffer 2 angedeutet
ist, und einem hydraulischen Arbeitszylinder, der durch die Bezugsziffer 3 angedeutet
ist, eingebaut ist. 2 zeigt den Einbau zweier solcher
Druckstoß-Sperrventile
in einem hydraulischen Hilfskraft-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges. Erfindungswesentlich
können
dabei im übrigen
sämtliche
näher beschriebenen
Merkmale sein.
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Zunächst auf 1 Bezug
nehmend besteht das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnete
Druckstoß-Sperrventil
aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 11, innerhalb dessen
ein sog. Sperrkolben 12 verschiebbar geführt ist.
Wie ersichtlich ist dieser Sperrkolben 12 derart geformt,
dass er in seiner figürlich
dargestellten Mittellage eine sog. Bypassleitung 13, die
vom den Sperrkolben 12 führenden Gehäuse 11 abzweigend diesen
Sperrkolben 12 quasi umgeht, versperrt, und zwar mit seinem
sog. Mittenabschnitt 12a, der den gleichen Durchmesser
aufweist wie die beiden endseitigen Kopfabschnitte 12b, 12c des
Sperrkolbens 12. Dabei ist der Mittenabschnitt 12a mit
den beiden Kopfabschnitten 12b, 12c über im Durchmesser
verringerte Verbindungsabschnitte 12d bzw. 12e verbunden.
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Da
die genannte Bypassleitung 13 mit einem ersten Leitungsabschnitt 13a in
der Figur rechtsseitig des möglichen
Verschiebeweges des Sperrkolbens 12 vom Gehäuse 11 abzweigt,
in einem Mittenbereich wieder von seitlich in das Gehäuse 11 hineingeführt ist
und auf der gegenüberliegenden
Gehäuse-Seite als zweiter
Leitungsabschnitt 13b aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist,
der dann in der Figur linksseitig des möglichen Verschiebeweges des Sperrkolbens 12 wieder
im Gehäuse 11 mündet, kann
somit der Sperrkolben 12 in der figürlich dargestellten Position
die Bypassleitung 13 versperren. Wird bzw. ist hingegen
der Sperrkolben 12 aus der figürlich dargestellten Position
soweit nach links oder rechts verschoben, dass sich einer der Verbindungsabschnitte 12d, 12e im
sog. Mittenbereich des Gehäuses 12,
in welchem der Bypass-Leitungsabschnitt 13a in das Gehäuse 12 hineingeführt und
der zweite Bypass-Leitungsabschnitt 13b aus dem Gehäuse 12 herausgeführt ist,
befindet, so liegt durch den Innenraum des Gehäuses 12 unter Umströmen des
jeweiligen Verbindungsabschnittes 12d bzw. 12e eine Strömungs-Verbindung
zwischen den beiden Leitungsabschnitten 13a, 13b vor,
so das dann die Bypassleitung 13, die praktisch ein Bestandteil
der Verbindungsleitung 1 ist, nicht gesperrt, d.h. nicht
verschlossen ist.
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In
diesem Zusammenhang sei ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass die Führung
der Hydraulik-Verbindungsleitung 1 zwischen der hydraulischen Druckquelle 2 und
einem bzw. dem hydraulischen Arbeitszylinder 3 auch andersartig
ausgebildet sein kann; wesentlich ist hingegen, dass der Sperrkolben 12 diese
Verbindungsleitung 1 bzw. hier einen Bestandteil derselben
in Form der Bypassleitung 13 entweder unterbrechen bzw.
verschließen
oder freigeben bzw. nicht unterbrechen kann.
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Da
der Sperrkolben 12 innerhalb des Gehäuses 11 geführt ist,
welches seinerseits praktisch einen Bestandteil der Verbindungsleitung 1 zwischen der
Druckquelle 2 und dem Arbeitszylinder 3 bildet, wird
die erste Stirnseite des Sperrkolbens 12 (nämlich diejenige
des Kopfabschnittes 12b) mit dem Hydraulikmedium und somit
auch mit dem Hydraulikdruck aus der Druckquelle 2 beaufschlagt,
während die
zweite gegenüberliegende
Stirnseite des Sperrkolbens 12 (nämlich diejenige des Kopfabschnittes 12c)
mit dem Hydraulikmedium und somit auch mit dem Hydraulikdruck aus
der dem Arbeitskolben 3 beaufschlagt wird. Der Druckkraft
aus der Druckquelle 2 auf den Kopfabschnitt 12b des
Sperrkolbens 12 entgegengerichtet ist die Kraft eines ersten
Federelementes 14, das als Druckfeder ausgebildet und zwischen
dem Kopfabschnitt 12c und einem Federabstützring 15,
der abseits des möglichen
Verschiebeweges des Sperrkolbens 12 innerhalb des Gehäuses 11 angebracht
ist, eingespannt ist. In vergleichbarer Weise ist der Druckkraft
aus dem Arbeitszylinder 3 auf den Kopfabschnitt 12c des
Sperrkolbens 12 entgegengerichtet die Kraft eines zweiten
Federelementes 16, das ebenfalls als Druckfeder ausgebildet
und zwischen dem Kopfabschnitt 12b und einem Federabstützring 17,
der abseits des möglichen
Verschiebeweges des Sperrkolbens 12 innerhalb des Gehäuses 11 angebracht
ist, eingespannt ist.
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Die
Funktion des soweit beschriebenen Druckstoß-Sperrventils 10 ist
also wie folgt:
Wenn von Seiten der Druckquelle 2 kein
erhöhter Druck
an den Arbeitszylinder 3 angelegt werden soll, wird also
auch das Druckstoß-Sperrventil 10 von
Seiten der Druckquelle 2 nicht mit erhöhtem Druck beaufschlagt, so
dass ein Gleichgewichtszustand vorliegt, in welchem sich der Sperrkolben 10 im
wesentlichen in der figürlich
dargestellten Mittellage befindet. Dann ist die Bypassleitung 13 und
somit die Verbindung bzw. Verbindungsleitung 1 zwischen
der Druckquelle 2 und dem Arbeitszylinder 3 unterbrochen
bzw. verschlossen. Wird hingegen der Hydraulik-Druck von Seiten
der Druckquelle 2 gewünscht
erhöht,
so bewirkt diese quasi-statische Druckerhöhung entgegen der Kraft des
Federelements 14 eine Verlagerung des Sperrkolbens 12 gemäß Pfeilrichtung 18 nach
links, so dass die Bypassleitung 13 freigegeben und eine
Verbindung zwischen der Druckquelle 2 und dem Arbeitszylinder 3 über die
Bypassleitung 13 und Verbindungsleitung 1 hergestellt
wird. Entsprechendes gilt selbstverständlich im Falle einer gewünschten
Druckerhöhung
von Seiten des Arbeitszylinders 3, falls diese Erhöhung praktisch
längerfristig
den Druck der Druckquelle 2 übersteigt, wobei in diesem
Falle der Sperrkolben 12 entgegen der Pfeilrichtung 18 verlagert
wird.
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Dabei
ist jedoch die Auslegung der beteiligten Bauelemente so getroffen,
dass ausgehend von der figürlich
dargestellten Mittellage des Sperrkolbens 1 kurze Druckstöße, die
insbesondere von Seiten des Arbeitszylinders 3 (möglicherweise
jedoch auch von Seiten der Druckquelle 2) in das System eingeleitet
werden, aufgrund der Massenträgheit
des Sperrkolbens 1 diesen Sperrkolben 1 praktisch
nicht verlagern können,
so dass dieser dann weiterhin die Verbindungsleitung 1 unterbricht
oder verschließt, was
zur Folge hat, dass keine Weiterleitung derartiger Druckstöße durch
das Druckstoß-Sperrventil 1 hindurch
erfolgt. Die wesentlichen Auslegungs- bzw. Abstimmungskriterien
zur Sicherstellung dieser beschriebenen Funktion sind dabei neben
der Masse des Sperrkolbens 12 die Kraft der Federelemente 14 und 16 sowie
die sog. Ventilüberdeckung,
d.h. die in Verschieberichtung des Sperrkolbens 12 gemessene Breite
seines sog. Mittenabschnittes 12a in Relation zur Breite
der Eintritts- oder Übertrittsöffnungen
der Bypass-Leitungsabschnitte 13a, 13b in
den Innenraum des Gehäuses 11.
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Entsprechend
der soweit erfolgten Beschreibung wirkt das Druckstoß-Sperrventil 10 somit
wie ein hydraulisches Tiefpassfilter. Eine weitere Einflussnahme
zur optimalen Abstimmung dieses Tiefpassfilters stellen hydraulische
Blenden dar, die in den beiden zu den Stirnseiten des Sperrkolbens 12 führenden
Hydraulikleitungen vorgesehen sind. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel übernehmen
die bereits genannten Federabstützringe 15 und 17 vorteilhafterweise
die Funktion dieser genannten Blenden, die hierzu geeignet dimensioniert
sind, d.h. einen geeigneten freien Durchtrittsquerschnitt aufweisen.
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Sehr
stark abstrahiert dargestellt ist in 2 der Einbau
zweier solcher Druckstoß-Sperrventile 10, 10' in ein hydraulisches
Hilfskraft-Lenksystem eines Kraftfahrzeuges von (mit Ausnahme dieser
Ventile) dem Fachmann bekannter Bauart, wobei ein als sog. Druckquelle 2 wirkendes
Lenkungsventil (hierfür wird
ebenfalls die Bezugsziffer 2 verwendet) vorgesehen ist,
von welchen zwei Verbindungsleitungen 1, 1' abgehen, die
zu den beiden Seiten eines als Arbeitszylinder 3 fungierenden
Lenkungszylinders (hierfür
wird ebenfalls die Bezugsziffer 3 verwendet) führen. Von
diesem Lenkungszylinder 3 gehen in bekannter Weise Spurstangen 4, 4' zu den beiden
nicht dargestellten lenkbaren Rädern
des Kraftfahrzeugs. In Abhängigkeit
von der Lenkvorgabe des Fahrzeugführers wird dabei entweder die
Verbindungsleitung 1 oder die Verbindungsleitung 1' mit höherem Druck beaufschlagt,
wodurch die Spurstangen 4, 4' in Folge der Kraftunterstützung durch
den Lenkungszylinder 3 vereinfacht entweder nach rechts
(in der Figurendarstellung) oder nach links verlagert werden.
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Falls
unter Bezugnahme auf 2 die Verbindungsleitung 1 mit
höherem
Druck beaufschlagt wird, so gilt die obige Erläuterung zu 1 für das Druckstoß-Sperrventil 10,
so dass dann also dessen Sperrkolben in 1 nach links
verschoben wird. Gleichzeitig wird bekanntermaßen die Verbindungsleitung 1' praktisch drucklos
geschaltet, so dass dann im Sperrventil 10' bezugnehmend auf 1 der Sperrkolben 12 nach
rechts verlagert wird. Falls hingegen unter Bezugnahme auf 2 die
Verbindungsleitung 1' mit
höherem
Druck beaufschlagt wird, so gilt die obige Erläuterung zu 1 für das Druckstoß-Sperrventil 10', so dass dann
also dessen Sperrkolben in 1 nach links
verschoben wird. Gleichzeitig wird bekanntermaßen die Verbindungsleitung 1 praktisch
drucklos geschaltet, so dass dann im Sperrventil 10 bezugnehmend
auf 1 der Sperrkolben 12 nach rechts verlagert
wird.
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Wenn
hingegen vom Fahrzeugführer
kein Lenkwunsch vorgegeben wird herrscht in beiden Verbindungsleitungen 1, 1' das gleiche
Druckniveau und zwar insbesondere zwischen dem Lenkungsventil 2 und
den beiden Druckstoß-Sperrventilen 10, 10', bei quasi-statischer
Betrachtungsweise jedoch auch zwischen dem Lenkungszylinder 3 und
den beiden Druckstoß-Sperrventilen 10, 10', so dass dann
die beiden Druckleitungen 1, 1' unterbrochen, d.h. verschlossen
sind. Wenn bei diesem Zustand über
eine oder beide Spurstange(n) 4, 4' stoßartige Kräfte in das System eingeleitet
werden, so verhindern die beiden Druckstoß-Sperrventile 10, 10', dass daraus resultierende
hydraulische Druckspitzen oder Druckstöße aus dem Lenkungszylinder 3 in
das Lenkungsventil 2 gelangen können. Dies ist – wie geschildert wurde – bei geeigneter
Auslegung der Druckstoß-Sperrventile 10, 10' insbesondere
auf die Massenträgheit
von deren Sperrkolben 12 zurückzuführen, und es hat sich gezeigt,
dass die Entwicklung störender
Geräusche
auf diese Weise sicher (und relativ einfach) verhindert werden kann,
und zwar praktisch ohne Einfluss auf das Verhaltens des Lenksystems
bei Vorgabe eines Lenkwunsches durch den Fahrzeugführer.