DE1074421B

DE1074421B - Verteilei ventil fur em druckmittelbetatigtes Servo system insbesondere fur die Lenkung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE1074421B
Application number: DENDAT1074421D
Authority: DE
Inventors: Entrett Meyers South Bend Ind Robert (V St A)
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1956-07-18
Publication date: 1960-01-28
Also published as: FR72121E; GB841957A; DE1006734B; US2934089A; GB812827A; FR1136841A

Description

DEUTSCHES

Gegenstand des Hauptpatents 1006 734 ist ein Verteiler- bzw. Steuerventil für druckmittelbetätigte Servomotoren, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkungen verwendet werden, bei welchen durch eine Relativverschiebung zweier Yentilelemente in der einen oder anderen Richtung aus einer neutralen Stellung heraus ein Gegendruck erzeugt wird, den der Fahrer als Rückwirkungskraft verspürt, wobei ein besonderes Steuerventil vorgesehen ist, das den Gegendruck auf einen zuvor festgelegten maximalen Wert begrenzt und auf diesem Wert hält.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges die aufgebrachte Lenkkraft in an sich bekannter Weise in seinen Muskeln verspüren kann, daß dabei aber in ebenfalls an sich bekannter Weise verhindert wird, daß diese Kraft bei sehr großen Widerständen, beispielsweise wenn man das Fahrzeug im Stand lenkt, nicht unermeßlich anwachsen kann.

Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Hauptpatents dadurch zu verbessern, daß der zur Begrenzung der Rückwirkungskraft in beiden Richtungen dienende einzige Steuerventilkörper bei einer Relativverschiebung der Ventil· elemente aus der Xeutralstellung heraus in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden kann und daß zwei Federn vorgesehen sind, die der Bewegung des Steuerventilkörpers in jeder Richtung entgegenwirken.

Diese Anordnung hat mehrere Vorteile. Zunächst ermöglicht sie eine äußerst wirtschaftliche Herstellung des Verteilerventils, wenn die Rückwirkungskraft in zwei voneinander getrennten Rückwirkungskammern erzeugt wird, d. h. in einem Falle, der gemäß den Ausführungsformen nach dem Hauptpatent die Anordnung von zwei gesonderten Reglerorganen erforderte. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, trotz der Anordnung eines einzigen Steuerventils zur Begrenzung der Rückwirkungskraft in den beiden Richtungen zwei unterschiedlich starke Federn zu verwenden.

Der letztgenannte Vorteil ist von besonderem Interesse, wenn die wirksamen Rückwirkungsflächen, die bei einer Relativverschiebung des Verteilerventils in der einen oder anderen Richtung zur Wirkung kommen, ungleich ausgebildet sind, um trotz vorhandener Unsymmetrien im Lenksystem, insbesondere auf Grund der Ungleichheit der zwei wirksamen Kolbenflächen des hydraulischen Servomotors, eine Gleichheit der Rückwirkungskräfte beim Einlenken nach links oder nach rechts zu erzielen. In diesem Falle genügt es, gemäß der Erfindung die beiden sich einer Verstellung des Steuerventils widersetzenden Federn im Verhältnis der zwei vorerwähnten Wir-

für ein druckmittelbetätigtes Servosystem,

insbesondere für die Lenkung

eines Kraftfahrzeuges

Zusatz zum Patent 1 006 734

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Juli 1956

Robert Enerett Meyers, South Bend, Ind. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

kungsflächen ungleich stark zu machen, um auf diese einfache Weise die Gleichheit zwischen den Maximalwerten der Rückwirkungskräfte zu erzielen, die bei Lenkungsausschlägen in den beiden Richtungen erzeugt werden, während im anderen Falle die Gleichheit gestört würde.

Unabhängig von einer Anwendung bei Verteilerventilen mit ungleichen Rückwirkungsflächen ermöglicht die Verwendung von zwei Federn nach der Erfindung, die Serienfertigung zu erleichtern und den Herstellungspreis zu senken, weil man verschiedene Verteilerventile herstellen kann, bei denen die Rück-Wirkungskräfte auf unterschiedlich große Maximalwerte begrenzt sind, wobei die Ventile sich nur dadurch unterscheiden, daß die verwendeten Federn unterschiedliche Durchmesser haben, während alle anderen Merkmale unverändert bleiben.

Um dieses Ergebnis zu erzielen, werden die zwei Federn vorzugsweise in zwei Kammern von vergrößertem Durchmesser untergebracht, die an den Enden einer Bohrung angeordnet sind, die parallel zur Hauptbohrung des Verteilerventils verläuft.

Im übrigen ist der Steuerventilkörper vorzugsweise mit ringförmigen Entlastungsrinnen versehen, durch die der Steuerventilkörper unter dem Einfluß des Strömungsmitteldruckes in konzentrischer Lage in seiner Bohrung gehalten wird.

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Ein Allsführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die Gesamtanordnung des Verteilerventils in einem axialen Schnitt und

Fig. 2 einen Teil der Fig. 1 in einem axialen Schnitt in vergrößertem !Maßstab.

Das \~erteilerventil 10 besteht aus einem Gehäuse 12 mit einer Hauptbohrung 14, in welcher ein in der neutralen Lage dargestellter Yerteilerschieber 16 gleitet. Dieser \~erteilerschieber 16 ist mit zwei Aussparungen 18 und 20 versehen, welche dauernd mit den Öffnungen 22 und 24 des Gehäuses in Verbindung stellen. Die Öffnungen 22 und 24 sind mit den beiden Enden des Arbeitszylinders verbunden. Iu der Wandung der Bohrung 14 sind drei Aussparungen 26, 28 und 30 vorgesehen. Die Aussparung 28 steht über eine Bohrung 34 mit einer Öffnung 32 in \'erbindung, die zum Druckmittelbehälter führt. Die Aussparungen 26 und 30 stehen über die Bohrungen 38 bzw. 40 mit einer Zuflußleitung 36, welche mit der Pumpe verbunden ist, in \*erbindung.

Das dargestellte \^Terteilerventil ist in der Mittelstellung offen, d. h., es bestehen in der neutralen Stelking Verbindungen zwischen der Zuflußbohrung 36, den Servomotoranschlüssen 22 und 24 und dem Rückilußanschluß 32, da sich die verschiedenen ringförmigen Aussparungen, wie in der Zeichnung dargestellt, überlappen.

Die äußeren Enden 46 und 48 des Verteilerschiebers 16, welche einen verminderten Durchmesser aufweisen, gleiten in Ringen 42 und 44, die in der Bohrung 14 befestigt sind und die zwei Rückwirkungskammern 50 und 52 von veränderlichem \'olumen umgrenzen. Wie Fig. 2 zeigt, sind die wirksamen Querschnitte dieser zwei Kammern, die mit Al und A2 bezeichnet sind, ungleich, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß der Kolben im Arbeitszylinder ungleiche Wirkungsquerschnitte aufweist (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Ungleichheit der zwei Rückwirkungskammern ist aber für die Verwirklichung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich.

Die zwei Kammern 50 und 52 erzeugen in bekannter Weise einen Gegen- und Rückwirkungsdruck, der sich einer Relativverschiebung zwischen dem Verteilerschieber 16 und dem Ventilschiebergehäuse 12 jedesmal widersetzt, wenn die zwei genannten Ventileleniente einer Kraft ausgesetzt sind, die sie aus ihrer neutralen Lage herauszubewegen versucht.

Der Ring 42 wird in der Schieberventilbohrung durch eine Kappe 54 gesichert, die an dem Schiebergehäuse mit Schraubbolzen 56 angeschraubt ist.

Der andere Ring 44 ist mit einem Ringflansch 58 versehen, der sich an einer Schulterfläche 60 zwischen der Bohrung 14 und einer Ausdrehung 62 abstützt. In der Ausdrehung 62 befindet sich ein Abstandsring 64, der einerseits am Ringflansch 58 und andererseits an einem Ringflansch 66 anliegt. Der Ringflansch 66 bildet das äußere Ende einer Hülse 68, die eine axiale Verlängerung der Bohrung 14 bildet. Ein Haltering 70 umgibt die Hülse 68 und stützt sich einerseits an einer Schulterfläche 72 des Flansches 66 und andererseits am Schieberventilgehäuse ab, an dem er mit Schraubbolzen 74 angeschraubt ist.

Damit der Verteilerschieber 16 vom Kopf des Lenkzapfens 76 in axialer Richtung im Ventilgehäuse verschoben werden kann, ist ein Schraubbolzen 78 vorgesehen, welcher eine Mittelbohrung 80 des \^entilschiebers durchsetzt. Das mit dem Bolzenkopf 86 versehene Ende des Schraubbolzens trägt einen Haltering 82, der auf dem Bolzenabschnitt 84 von vermindertem Durchmesser ruht und sich am Bolzenkopf 86 abstützt. Der Ring 82 trägt auf einem hülsenförmigen Ansatz ein Gewinde, auf welches mit Außengewinde eine Hülse 88 aufgeschraubt ist, welche gleitend in die Hülse 68 eingreift. In der Hülse 88 befinden sich zwei halbkugelförmige Lager 90 und 92, welche die Sitzflächen für den kugelförmigen Kopf 94 des Lenkzapfens 76 bilden. Ein Anschlagstück 98 zwischen der

ίο Lagerschale 90 und dem Ende des Ringes 82 dient als Führung für eine Feder 96.

Auf das freie Ende des Schraubbolzens 78 ist eine Mutter 100 aufgeschraubt, die sich am Ende 46 des Verteilerschiebers 16 abstützt und dort gesichert ist.

Auf diese Weise ergibt sich bei einer axialen Verschiebung gegenüber dem Ventilgehäuse 12 und der Außenhülse 68 eine Verbindung zwischen dem Yerteilerschieber 16 und dem Lenkzapfen 76.

Eine Drehung der mit dem Verteilerschieber verbundenen Bauelemente gegenüber der Ventilgehäusebohrung 14 wird durch einen Splint 106 verhindert, dessen Enden in zwei Aussparungen 102 und 104 eingreifen, die am Ende der inneren Hülse 88 eingearbeitet sind. Der Splint 106 führt durch Bohrungen des Halteringes 82 und auch durch den Kopf 86 des Schraubbolzens 78 hindurch, so daß auch beim Anziehen der Mutter 100 eine Drehung des Schraubbolzens verhindert wird.

Der Haltering 82 trägt einen Ringflansch 108, welcher sich einerseits, wenn der Verteilerschieber sich nach rechts bewegt, gegen das Ende 66 der Hülse 68 und andererseits, wenn der Verteilerschieber sich nach links bewegt, gegen den Ring 44 legen kann. Auf diese Weise wird nach einer geringen Bewegung in der einen oder anderen Richtung der Ventilschieber mit dem Ventilgehäuse 12 verbunden, wodurch sichergestellt wird, daß im Falle eines Versagens der Hydraulik augenblicklich eine manuelle Lenkung vorgenommen wird.

Die Seitenwandung der Hülse 68 ist mit einem Längsschlitz 112 versehen, der eine seitliche Bewegung des Lenkzapfens 76 ermöglicht. Des weiteren weist die Hülse 68 an ihrem freien Ende eine Gewindebohrung 110 auf, in welche das mit Schraubgewinde versehene Ende einer nicht dargestellten Kupplungsstange eingeschraubt werden kann.

Die soweit beschriebenen Anordnungen entsprechen in allen Punkten der Ausführungsform nach dem Hauptpatent, und zwar insbesondere nach dessen Fig. 1.

In gleicher Weise wie nach dem Hauptpatent wird der in den Rückwirkungskammern 50 und 52 herrschende Druck durch ein Regelventil begrenzt. Das Steuerventil wird von einem Kolben 114 gebildet, welcher in einer Bohrung 116 gleiten kann, die parallel zur Hauptbohrung in das Ventilgehäuse 12 eingearbeitet ist. An ihren Enden mündet diese Bohrung 116 in zwei Kammern 138 und 140, die an ihren äußeren Enden mit abdichtenden Stopfen 122 und 128 verschlossen sind. Diese Kammern 138 und 140 nehmen abweichend vom Gegenstand des Hauptpatents zwei Druckfedern 118 und 124 auf, die sich einerseits an den Stopfen 122 bzw. 128 und andererseits an Widerlagerringen 120 bzw. 126 abstützen.

Jede der beiden Kammern 138 und 140 steht über eine Radialbohrung 134 bzw. 136 mit der zugehörigen Rückwirkungskammer 50 bzw. 52 in Verbindung.

Der Kolben 114 weist zwei kreisförmige Aussparungen 146 auf, die bezüglich der Mittelebene symmetrisch angeordnet sind und über radiale Kanäle

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144 mit Axialbohrungeti 142 des Kolbens in Verbindung stehen. Die Axialbohrungen 142 münden in die beiden Kammern 138 und 140 ein. Zwei in den Ventilkörpern 12 eingebohrte Kanäle 130 und 132 stellen in der Mittelstellung des Kolbens eine Verbindung zwischen jeder der beiden Aussparungen 146 und der Aussparung 18 bzw. 20 des Verteilerschiebers 14 her und damit auch eine Verbindung zu den beiden Anschlüssen des Arbeitszylinders. In dieser Mittelstellung sind demzufolge die beiden Rückwirkungskammern 50 und 52 mit den entsprechenden Enden des hydraulischen Arbeitszylinders verbunden. Unter diesen Bedingungen hat jede Verschiebung des Verteilerschiebers 16 gegenüber dem Ventilkörper 12, welche durch eine Drehung des Lenkrades nach rechts oder links hervorgerufen ist und über den Lenkzapfen 76 übertragen wird, zur gleichen Zeit zur Folge, daß unter dem Einfluß dieser Verschiebung der Druck an einem der beiden Anschlüsse 22 und 24, die mit den Enden des Lenkarbeitszylinders verbunden sind, ansteigt und an dem anderen Anschluß sinkt, um die Lenkung der Fahrzeugräder zu bewirken. Ferrier ergibt sich unter den vorstehenden Bedingungen ein Druckanstieg in derjenigen der zwei Rückwirkungskammern 50 und 52, die sich auf der Seite befindet, nach der der, Verteilerschieber 16 verstellt wurde, wobei dann in der anderen Kammer ein Druckabfall auftritt. Die Abweichung der Drücke, die von der einen und der anderen Seite auf den Kolben 16 einwirken und sich der Verstellung des Verteilerschiebers widersetzen, wird zum Lenkrad rückübertragen, um dem Fahrer ein Gefühl über den Widerstand, der sich der Lenkung entgegenstellt, zu vermitteln.

Diese Druckänderung wirkt gleichfalls von der ■einen oder anderen Seite auf den Kolben 114 ein. Solange die Druckänderung einen bestimmten Grenzwert, der in der einen Richtung von der Kraft der Feder 124 und in der anderen Richtung von der Kraft der Feder 118 bestimmt wird, nicht überschreitet, "bleibt der Kolben 114 in seiner Mittelstellung und stellt den vorbeschriebenen Arbeitsablauf sicher. Wenn sich aber beispielsweise bei einer im Stillstand vorgenommenen Lenkung ein genügend großer Widerstand ergibt, wird die eine oder die andere der Federn 124 bzw. 118 zusammengedrückt und der, Kolben 114 aus seiner Mittelstellung herausbewegt. Schon bei einer geringfügigen Verschiebung des Kolbens wird diejenige Aussparung 146., die bisher über die Bohrung 130 bzw. 132 und die Aussparung 18 bzw. 20 mit der unter Dr₁UCk stehenden Seite des Arbeitskolbens verbunden war, gegenüber der Bohrung 130 bzw. 132 abgetrennt, so daß sich der Druck in der Rückwirkungskammer nicht mehr erhöht. Bei einer noch weiteren Verschiebung des Kolbens stellt die Aussparung 146 die Verbindung mit einer Bohrung 148 her, die mit der Aussparung 28 des Ventilkörpers 12 und damit auch mit der, Abströmöffnung 32 verbunden ist, so daß der Druck in der Rückwirkungskammer abfällt und der Kolben 114 dazu neigt, sich zurückzubewegen. Auf diese Weise kann der Kolben sich in einer mittleren Gleichgewichtsstellung stabilisieren, in der die Aussparung 146, deren Breite etwas kleiner ist als der, Abstand zwischen der Bohrung 148 und den Bohrungen 130 bzw. 132, mit keiner der beiden genannten Bohrungen in Verbindung steht, um zu verhindern, daß in der Rückwirkungskammer 50 und 52 durch Leckverluste ein Druckanstieg auftreten kann.

Der Kolben 114 weist zwischen den Hauptausnehmungen 146 eine mittlere Aussparung 152 und

zwei äußere Aussparungen 150 und 154 auf. Die Aufgabe dieser drei Aussparungen besteht darin, den Kolben 114 in der Bohrung 116 einerseits unter dem Einfluß des durch Undichtigkeiten hervorgerufenen Druckes und andererseits unter dem am Auslaß auftretenden Gegendruck in der konzentrischen Lage zu halten.

Bei der vorstehend beschriebenen und dargestellten Ausführungsform können die beiden Rückholfedern 118 und 124 unabhängig voneinander eingestellt werden und auch unterschiedlich stark sein. Durch dieses spezielle Merkmal ist es möglieh, den unterschiedlich großen Wirkungsflächen A1 und A 2 der zwei Rückwirkungskammern 50 und 52 Rechnung zu tragen und damit sicherzustellen, daß der Grenzwert der Rückwirkungskraft trotz dieses Unterschiedes bei einer Lenkung nach rechts genauso groß ist wie bei einer Lenkung nach links. Gemäß der Erfindung genügt es, die Stärken der zwei Federn 118 und 124 so zu wählen, daß sie sich untereinander verhalten wie die zwei Wirkungsflächen A2 und Al, so daß das Abtrennen der Rückwirkungskammern 50 und 52 bei unterschiedlich großen Druckwerten erfolgt, die jedoch so ausgewählt sind, daß die maximale Rückwirkungskraft in beiden Richtungen gleich groß wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß man für unterschiedliche Verteilerventile, bei denen die Rückwirkungskräfte auf verschieden hohe Druckpegel begrenzt werden sollen, stets das gleiche Steuerventil 114 in genormter Ausführung verwenden kann.

Der maximale Durchmesser der Federn 118 und 124 ist nur durch den Durchmesser der Kammern 138 und 140 begrenzt, nicht aber durch den Durchmesser, der Bohrung 116, in der der Steuerventilkolben gleitet.

Claims

Patentansprüche·

1. Verteilerventil für ein druckmittelbetätigtes Servosystem, insbesondere für die Lenkung eines Kraftfahrzeuges, bei welchem eine Relativverschiebung zweier Ventilelemente in der einen oder anderen Richtung aus einer neutralen Stellung heraus die Verbindung zwischen einem Druckmitteleinlaß und einer von zwei Motorzuleitungen und zwischen der anderen Motorzuleitung und dem Druckmittelauslaß in umkehrbarer Weise verändert und bei welchem in wenigstens einer von den Ventilelementen begrenzten volumenveränderiichen Rückwirkungskammer dadurch ein Gegendruck erzeugt wird, daß man die Kammer bei der Relativauslenkung mit der jeweils mit dem Druckmitteleinlaß verbundenen Motorzuleitung verbindet, wobei eine auf den Druck in den Rückwirkungskammern ansprechende Steuerventilanordnung vorgesehen ist, die bei Erreichen eines vorgegebenen Druckwertes die Verbindung zwischen der Rückwirkungskammer und dem Druckmitteleinlaß oder, der mit dem Druckmitteleinlaß verbundenen Motorzuleitung unterbricht, nach Patent 1 006 734, dadurch gekennzeich net, daß der zur Begrenzung der Rückwirkungskraft in beiden Richtungen dienende einzige Steuerventilkörper (114) bei einer, Relati wer Schiebung der Ventilelemente (12 und 14) entsprechend aus der Neutralstellung heraus in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden kann und daß zwei Federn (118 und 124) vorgesehen sind, die der Be-

wegung des Steuerventilkörpers in je einer Richtung entgegenwirken.

2. Verteilerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur verschiebbaren Lagerung des Steuerventilkörpers (114) eine Bohrung (116) dient, die in einem der beiden Ventilelemente (12 bzw. 16), insbesondere dem Ventilgehäuse (12), parallel zur Lagerbohrung (14) des Hauptventilkörpers (16) angeordnet ist.

3. Verteilerventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (118 und 124) in vergrößerten Kammern (138 und 140) angeordnet sind, die sich an den Enden der Steuerventilbohrung (116) befinden.

4. Verteilerventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem die Rückwirkungsflächen der Rückwirkungskammer, oder -kammern unterschiedlich große Wirkungsflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte der beiden Federn (124 und 118) so gewählt sind, daß ihr Kräfteverhältnis dem Querschnittsverhältnis (A1:A2) der Rückwirkungskammer oder, -kammern entspricht, um die Rückwirkungskraft in beiden Richtungen auf den gleichen Wert zu begrenzen.

5. Verteilerventil nach den Ansprüchen 1 bis 4 unter Verwendung von zwei Rückwirkungskammern, von denen jede normalerweise mit einer entsprechenden Motorzuleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilkörper (114) bei seiner Verschiebung aus der neutralen Stellung in beliebiger, Richtung die Verbindung zwischen der einen oder anderen Rückwirkungskammer (50 oder 52) und der zugehörigen Motorzuleitung (22 bzw. 24) unterbricht.

6. Verteilerventil nach den Anspruch -.n 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stetierventilkörper (114) Durchlässe (142, 144 und 146) aufweist, die in der neutralen Stellung des Steuerventilkörpers jede der Rückwirkungskammern (50 bzw. 52) an einem mit einer entsprechenden Motorzuleitung (22 bzw. 24) verbundenen Kanal (18 bzw. 20) des Ver,teilerschiebers (16) anschließen und bei einer Verschiebung des Steuerventilkörpers (114) aus der neutralen Stellung heraus die Verbindung zwischen der Rückwirkungskammer und dem Kanal unterbrechen.

7. Verteilventil nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilkörper (114) mit ringförmigen Entlastungsrinnen (150, 152 und 154) versehen ist, durch die der Steuerventilkörper, unter dem Einfluß des Strömungsmitteldruckes in konzentrischer Lage in der Bohrung (116) gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift B 30015 11/63 c (bekanntgemacht am 29. 9. 1955).

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1006 734.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen