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Hydraulische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf eine hydraulische Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, welche bei der
Steuerbewegung von Hand unmittelbar oder nach Überwinden einer bestimmten Reaktionskraft
wirksam wird und bei welcher die hydraulische Anlage des Kraftfahrzeuges außer der
Pumpe, die die für die Hilfslenkung nötige Kraft liefert, noch eine zweite Pumpe
aufweist.
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Einrichtungen zum Erzeugen einer Hilfskraft für die Lenkung von Kraftfahrzeugen
durch den hy raulischen Druck einer Pumpe sind bekannt, haben aber den großen Nachteil,
daß bei Ausfall der Pumpe die Hilfskraft versagt. Derartige Lenkungen genügen also
nicht den an sie gestellten Sicherheitsanforderungen. Die zweite Pumpe dient bei
der bekannten Hilfskraftlenkung dazu, die hydraulische Hilfslenkung bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten
außer Betrieb zu setzen.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die den
aufgezeigten gefährlichen Mangel beseitigt.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die zweite
Pumpe als Noteinsatzpumpe für die erste Pumpe dient und daß Mittel vorgesehen sind,
welche die Zweitpumpe bei Störung oder Ausfall der ersten oder Hauptpumpe selbsttätig
zur Übernahme der Funktionen der Hauptpumpe in Betrieb setzen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite oder Hilfspumpe
mit einer Kupplungsvorrichtung versehen, die über ein Drucksteuerventil bei einem
bestimmten Absinken des Druckes in dem Leitungssystem die Hilfspumpe selbsttätig
mit bei Bewegung des Kraftfahrzeuges umlaufenden Teilen, z. B. des Getriebes, kuppelt,
so daß die Hilfskraft ununterbrochen erhalten bleibt.
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Weitere wesentliche Merkmale der Erfindung, die jedoch nicht über
die in den Ansprüchen zum Ausdruck gebrachten Erfindungsgedanken hinausgehen, ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. 1 die Gesamtanlage in schematischer Darstel..
Jung, Fig.2 die hydraulisch ferngesteuerte Kupplungsvorrichtung der Hilfspumpe,
Fig. 3 eine abgeänderte Bauweise der in Fig. 2 dargestellten Kupplungsvorrichtung,
Fig. 4, 5 und 6 das Drucksteuerventil in drei verschiedenen Betriebsstellungen.
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An dem oberen Ende des Lenkspindelrohres 1 ist ein Lenkrad 2 befestigt.
Über ein Ausgleichgetriebe 3 ist das Lenkspindelrohr mit einer Lenkspindel 4 verbunden,
deren Drehbewegung über ein Lenkgetriebe 5 auf einen Lenkstock 6 übertragen wird.
Am Lenkstock 6 ist eine Schubstange 7 angelenkt, die an ihrem Ende einen Kolben
8 der Hilfskrafteinrichtung trägt. Dieser Kolben 8 gleitet in einem Zylinder 9.
Von dem Ausgleichgetriebe 3 wird ein Steuergerät 10 beein-. flußt, dessen Steuerkolben,
je nach seiner Stellung, Drucköl in die eine oder in die andere Seite des Zylinders
9 einströmen läßt. Hierzu dienen die Leitungen 11 und 12, die an die Enden des Zylinders
9 herangeführt sind. Die Druckflüssigkeit wird über eine Leitung 13 durch eine Pumpe
14 dem Steuergerät 10 zugedrückt. Das Öl wird über eine Saugleitung 15 aus einem
Behälter 16 angesaugt. Ferner ist die Steuervorrichtung 10 über eine Rückström-
bzw. Überströmleitung 17 mit dem Behälter 16 verbunden. Die Steuervorrichtung 10
ist so aufgebaut, daß ihr die Strömungswege steuernder Kolben, wenn er sich in seiner
Mittellage befindet, dem durch die Pumpe 14 fortlaufend geförderten Öl einen ständigen
Ablauf zur Leitung 17 hin gewährt, während die Räume vor und hinter dem Kolben 8
dabei zugleich unter gleich großem Druck gehalten werden.
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Die für die Erfindung wichtigen Teile sind insbesondere die Hilfspumpe
18, ihre hydraulisch gesteuerte Kupplung 19 und das die Steuerung bewirkende Drucksteuerventil
20. Die Hilfspumpe 18 saugt, wenn sie im Betrieb ist, über die Leitung 21 aus denn
gleichen Behälter 16 wie die Hauptpumpe 14 und fördert über die Druckleitung 22
und ein Rückschlagventil 23 auch in die gleiche Druckleitung 13 wie diese. Der Antrieb
der Hilfspumpe 18 erfolgt durch Zahnräder 24 und 25. Das Zahnrad 25 sitzt auf einer
Welle 26, die zwangläufig immer dann und solange in Umlauf ist, wie sich das Fahrzeug
in Bewegung befindet. Die Steuerung der Kupplung 19 erfolgt über die Steuerleitung
27.
Der Aufbau der hydraulisch gesteuerten Kupplung 19 ist aus Fig.2
zu entnehmen. Zum Kuppeln der Hilfspumpe 18 dient eine als Kolben wirkende Buchse
29, die durch zwei Manschetten 30 gegen das als Zylinder ausgebildete Gehäuse 31
abgedichtet ist. Der Steuerdruck kommt in dem Raum 32 zur Auswirkung, in clen die
Leitung 27 einmündet. Der Kolben 29 untersteht der Einwirkung einer vorgespannten
Druckfeder 33, die sich einerseits gegen den Kolben 29, andererseits gegen den Teil
34 abstützt, der zugleich als hubbegrenzender Anschlag für den Kolben 29 dient.
Die Übertragung der Umlaufbewegungen des Zahnrades 24 auf die Scheibe 36 und damit
auf die Antriebswelle 35 der Hilfspumpe 18 erfolgt auf dem Wege über eine Rücklaufsperre
37, die Welle 43 und die auf dieser mit Schiebekeil aufgefederte Buchse 38, an der
die Mitnehmerscheibe 42 sitzt. Der Kupplungsvorgang wird dadurch herbeigeführt,
daß, wenn der Duck in dem Raum 32 absinkt, die vorgespannte Druckfeder 33 den Kolben
29 nach links schiebt, bis die Mitnehmerscheibe 42 durch das Drucklager 39, 40.
41 an die Scheibe 36 angepreßt wird. Die Rücklaufsperre 37 soll verhindern, daß
die Pumpe bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges mitlaufen kann. Zur Vermeidung
unnötiger Reibung zwischen der Mitnehmerscheibe 42 einerseits und der Kupplungsscheibe
36 sowie dem Lagerring 41 andererseits sind zwei Federn 44 und 45 angeordnet. Die
Feder 44 drückt den auf der Welle 43 längs verschiebbar gelagerten Teil 38 gegen
den Anschlag 46, während sich die Feder 45 gegen die Kupplungsscheibe 36 abstützt
und damit den Lagerring 41 gegen die Kugeln 40 und den Lagerring 39 drückt. Die
Feder 45 hat gegenüber der Feder 44 etwa den doppelten Ausdehnungsweg zur Verfügung.
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Bei der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform der hydraulisch gesteuerten
Kupplung kommen an Stelle einer konzentrischen Druckfeder und eines Ringzylinders
drei am Umfang gleichmäßig verteilte Druckfedern 47 und Kolben 48 zur Anwendung.
Die Buchse 29, deren Flanschende als Lagerring ausgebildet ist, ist längs verschiebbar
im Gehäuse 49 gelagert. Als Hubbegrenzung für die Kolben 48 dient ein am Gehäusedeckel
50 angebrachter Anschlag 51. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche
wie die zuvor beschriebene.
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Wie das Drucksteuerventi1 20 (Fig.1) beispielsweise aufgebaut sein
kann, geht aus Fig. 4 bis 6 hervor. Die an den Ventilkörper angeschlossenen Leitungen
weisen die gleichen Bezugszahlen auf wie in Fig. 1.
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In das Ventilgehäuse 20 ist ein dichtgeführter Ko ben 52 eingesetzt,
der von oben her durch eine vorgespannte Druckfeder 53 belastet ist. Die Spannung
dieser Feder 53 ist durch den Schraubstopfen 54 einstellbar. Nach unten hin ist
der Hub des Kolbens 52 durch einen Anschlagring 55 begrenzt. In dem Kolben 52 selbst
sind noch Bohrungen 56 und 57 angebracht, über deren Bedeutung in Verbindung mit
einem im Gehäuse 20 vorgesehenen Ablaufkanal 58 die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise
der Anlage Aufschluß gibt.
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Solange das am Handrad ausgeübte Drehmoment einen bestimmten Wert
nicht übersteigt, wird dieses unmittelbar, also ohne Mitwirkung des Steuergerätes
10 und einer unterstützenden Kraft des Kolbens 8, über das Ausgleichgetriebe 3 auf
den Lenkstock 6 übertragen. Der Grenzwert, bis zu welchem diese direkte Drehmomentübertragung
stattfindet, wird durch dis Spannkraft einer Feder bestimmt, die den Steuerkolben
in dem Steuergerät 10 in seiner Mittellage zu halten bestrebt ist. Auf den Steuerkolben
im Steuergerät 10 wirkt der Schwenkdruck des Übertragungsrades des Ausgleichgetriebes
3 ein. Wird der besagte Drehmomentwert überschritten, der Steuerkolben im Gerät
10 also nach der einen oder nach der anderen Richtung hin aus seiner Mittellage
gebracht, so wird dadurch über die Leitungen 11 und 12 einem Druckölzulauf der Weg
eröffnet, der den Kolben 8 sinngemäß vor- oder zurücktreibt und die Lenkhilfe bewirkt.
Der erforderliche Öldruck wird durch die Pumpe 14 erzeugt, die das Öl über die Leitung
15 aus dem Behälter 16 ansaugt und in die Zuleitung 13 zu dem Steuergerät 10 hineindrückt.
Alles Ablauf- und Überlauföl nimmt die Leitung 17 auf, die es wieder in den Behälter
16 zurückleitet. Das Arbeiten der Lenkhilfsvorrichtung findet jedesmal damit seinen
Abschluß, daß der Kolben 8 auf dem Weg über die Kolbenstange 7, den Lenkstock 6,
das Lenkgetriebe 5, die Lenkspindel 4 und das Schwenkrad des Ausgleichgetriebes
3 den Steuerkolben im Steuergerät 10 wieder in die Mittellage zurückführt.
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Solange die Anlage in der beschriebenen Weise einwandfrei arbeitet,
d. h. solange der in der Steuerleitung 13 erforderliche Öldruck fortbesteht, nimmt
der Kolben 52 (Fig. 4, 5, 6) des nach Fig. 1 in die Leitung 13 eingeschalteten Drucksteuerventils
20 die in Fig. 6 gezeichnete Stellung ein. In dieser Stellung kann sich der in der
Leitung 13 herrschende Druck auch auf den Kolben 29 (Fig. 2) der hydraulisch gesteuerten
Kupplung der Hilfspumpe 18 auswirken, so daß dieser Kolben seine rechte Endlage
an dem Anschlag 34 einnimmt. Die Kupplung ist infolgedessen offen und die Hilfspumpe
18 außer Betrieb.
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Fällt die Hauptpumpe 14 während der Fahrt aus und sinkt der Druck
in der Leitung 13 infolgedessen ab, so beginnt der Kolben 52 (Fig. 4, 5, 6) des
Druckventils 20 sich unter der Einwirkung der Feder 53 abwärts zu bewegen, bis er
über die in Fig. 5 gezeigte Zwischenstellung hinweg schließlich in die in Fig. 4
dargestellte Endlage gelangt. Damit ist der in der Flußrichtung gesehene, hinter
dem Drucksteuerventil 20 und damit auch hinter der Hauptpumpe 14 liegende Teil der
Leitung 13 gegen die Hauptpumpe sowie auch gegen die Steuerleitung 27 hin durch
die Steuerkante 60 des Kolbens 52 abgeschlossen. Kurz nachdem der Kolben 52 beim
Übergang aus seiner Lage der Fig. 6 die der Fig. 5 durchlaufen hat, treten die Kolbenbohrungen
56 und 57, letztere mit den Steuerkanten 61 einer Ringnut od. d'-I., mit der Durchlaßöfnung
58 in Verbindung. Damit kann sich der in der Steuerleitung 27 bestehende Druck über
den Beaufschlagungsraum 59 des Kolbens 52 nach dem rechts an das Drucksteuerventil
20 angeschlossenen Teil der Leitung 13 hin ausgleichen. Der in diesem Augenblick
in der Steuerleitung 27 herrschende Druck ist gleich dem, den die Druckfeder 33
(Fig. 2) auf dem Weg über den Kolben 29 in dem Raum 32 der hydraulischen Kupplung
erzeugt. Dadurch aber, daß das Öl jetzt aus dem Raum 32 über die Öffnungen 56, 57
und 58 (Fig. 4, 5 und 6) des Drucksteuerventils 20 abfließen kann, wird der Kolben
29 (Fig. 2) durch die Druckfeder 33 nach links gedrängt, wodurch die Hilfspumpe
18 mit ihrem Antrieb gekuppelt wird und diese Pumpe sogleich vollauf die Aufgabe
der ausgefallenen Hauptpumpe 14 übernimmt. Das von der Hilfspumpe 18 geförderte
Öl gelangt über die Druckleitung 22 und das Rückschlagventil 23 (Fig. 1) in die
vorher von der Hauptpumpe 14 versorgte Leitung 13. Eines besonderen Rückschlagventils,
das einen Ölrücklauf aus der Leitun
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14 hin unterbinden müßte, bedarf es nicht, da die Funktionen eines solchen Rückschlagventils
zugleich von dem Drucksteuerventil 20 mit ausgeübt werden, dessen Kolben 52 in der
Stellung, die dieser bei ausgefallener Hauptpumpe 14 einnimmt (Fig. 4), zugleich
auch die Verbindung zwischen der Leitung 13 und der Hauptpumpe 14 unterbricht.
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Bei Stillstand des Fahrzeugmotors sind die zu der hydraulisch gesteuerten
Kupplung 19 und die zum Steuergerät 10 führenden Leitungen 27 und 13 drucklos, und
der Kolben 52 nimmt die in Fig. 4 gezeigte Stellung ein.
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Beim Anlaufen des Fahrzeugmotors und damit der Hauptpumpe 14 entsteht
in den Leitungen 27 und 13 ein Druckanstieg, der den Kolben 52 nach oben drückt.
Ist der für den normalen Betrieb der Hilfskraftlenkung vorgesehene Druck erreicht,
so ist der Kolben 52 des Drucksteuerventils 20 schließlich über die in Fig. 5 gezeigte
Stellung hinaus nach oben gelangt (Fig.6) und hat den Durchlaß zum Steuergerät 10
freigegeben. Damit ist dann der normale Betriebszustand erreicht.