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Hydraulische Servoeinrichtung für Kraftfahrzeuglenkungen Die Erfindung
bezieht sich auf hydraulische Servoeinrichtungen für Kraftfahrzeuglenkungen mit
einem zweiseitig wirkenden, unterschiedlich große Wirkflächen aufweisenden Lenkzylinder
bzw. Kolben, jedoch mit abwechselnd gleichmäßiger Krafteinwirkung auf beiden Seiten.
Die abwechselnd gleichmäßige Krafteinwirkung wird angestrebt, um in beiden Lenkeinschlagrichtungen
gleich große Verstellkräfte wirken zu lassen.
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Bei bekannten Servoeinrichtungen sind die Kräfte, die vom Lenkzylinder
auf das Lenkgestänge und weiter auf die gesteuerten Laufräder des Fahrzeuges wirken,
in beiden Richtungen unterschiedlich groß. Dies rührt von der Differenz der Wirkflächen
des Lenkzylinders bzw. des Kolbens her, die bekanntlich dadurch entsteht, daß in
dem einen Zylinderraum die volle Querschnittsfläche des Zylinders bzw. des Kolbens
vom Druck beaufschlagt wird, während in dem anderen Zylinderraum nur eine um die
Querschnittsfläche der Kolbenstange verminderte Fläche zur Verfügung steht. Dieser
Unterschied hat in nachteiliger Weise unterschiedliche Lenkkräfte zur Folge.
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Darüber hinaus sind aber auch bereits Hilfskraftlenkungen bekannt,
bei denen in beiden LenkeinschIagrichtungen gleich große Verstellkräftewirksam sind.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Fläche der Rückwirkungsräume den mit ihnen zusammenarbeitenden
Kolbenflächen angepaßt sind, d. h., die auf gegenüberliegenden Seiten wirksamen
Ringkanalflächen sind im gleichen Verhältnis unterschiedlich groß wie die Druckflächen
der entgegengesetzt wirkenden Kolben. Dieser flächenmäßige Ausgleich erfordert große
Bearbeitungsgenauigkeit, was die Herstellung verteuert und den Verschleiß erhöht.
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Im übrigen ist es bei hydraulischen Lenkgetrieben bekannt, federbelastete
überdruckventile einzubauen, die mittels Gewindestifte stufenlos verstellbar sind.
Ebenso ist es bei hydraulischen Fahrzeuglenkungen nicht mehr neu, das überdruckventil
im Kolben des Lenkzvlinders anzuordnen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, die
Servoeinrichtung mit einer einfachen Einrichtung auszustatten, die die vom Lenkzylinder
in beiden Richtungen nach außen abzugebenden Kräfte gleich groß hält. Die gestellte
Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß mindestens der durch
die größere Wirkfläche des Lenkzylinders bzw. Kolbens begrenzte Zylinderraum mit
dem der kleineren Wirkfläche des Zylinders bzw. Kolbens zugeordneten Zylinderraum
über wenigstens ein federbelastetes überdruckventil verbindbar ist. Durch die Verwendung
mindestens eines federbelasteten überdruckventils wird im Vergleich zu den bekannten
Anordnungen, bei denen ein flächenmäßiger Ausgleich vorgenommen wird, eine erhebliche
Vereinfachung und Verbilligung der Servoeinrichtung erzielt, und es kann der Druck
in dem die größere Wirkfläche aufweisenden Raum des Lenkzylinders gegenüber dem
in dem Raum mit der kleineren Wirkfläche auftretenden Druck reduziert werden, und
zwar um einen Betrag, der proportional der Differenz der beiden Wirkflächen ist.
Durch die Leistung der Pumpe ist die Kraft, die durch den Druck auf die kleinere
Wirkfläche erzeugt wird, bekannt. Es genügt daher, daß nur der Druck in dem Zylinderraum
mit der größeren Wirkfläche durch beispielsweise ein überdruckventil so weit reduziert
wird, bis ein Kräfteausgleich erreicht ist. Hierdurch können die von dem Lenkzylinder
bzw. der Kolbenstange abgegebenen Kräfte zum Lenken der Laufräder in beiden Richtungen
gleich groß gehalten werden, so daß auch die mechanische Beanspruchung der Teile,
die die Kraft vom Zylinder bzw. von der Kolbenstange weiterleiten, ebenfalls in
beiden Richtungen gleich groß ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, daß beide Zylinderräume über mindestens zwei entgegengesetzt wirkende
und abwechselnd wirksame, auf unterschiedliche Drücke eingestellte überdruckventile
miteinander verbindbar sind. Dadurch ist der Druck in jedem Zylinderraum gegenüber
dem benachbarten Zylinderraum durch ein Ventil begrenzt, wobei der vom Druckmedium
nicht beaufschlagte Zylinderraum mit dem Rücklauf verbunden ist. Die Einstellung
der beiden entgegengesetzt wirkenden überdruckventile ist so gewählt, daß die nach
außen abgegebenen Kräfte in beiden Richtungen wiederum gleich groß
sind.
Diese Ventile können auch gleichzeitig als Sicherheitsventile zum Abbau von Druckspitzen
eingesetzt werden, die durch äußere Krafteinflüsse, z. B. von den gelenkten Laufrädem
des Fahrzeuges her, auf den Lenkzylinder einwirken. Die Druckspitzen werden dabei
unmittelbar abgebaut, da die überdruckventile vorteilhafterweise ungedämpft sind
und sich beim Erreichen des eingestellten Druckes sofort öffnen. Die Ventile können
gleich oder verschieden groß sein.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Federspannung
des überdruckventils oder der überdruckventile in an sich bekannter Weise stufenlos
einstellbar ist. Dadurch lassen sich die Ventile leicht auf die für einen Kraftausgleich
erforderliche Druckdifferenz einstellen. Ferner können die durch Fertigungstoleranzen
bedingten Unterschiede der Wirkflächen einfach ausgeglichen werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgeschlagen worden, daß das überdruckventil
oder die überdruckventile ebenfalls in an sich bekannter Weise im Kolben des Lenkzylinders
angeordnet sind. Dadurch erhält der hydraulische Teil der Anlage einen einfachen
Aufbau, da für den Einbau der Ventile kein besonderer Platz berücksichtigt zu werden
braucht. Außerdem kann das Drucköl auf dem kürzesten Weg in den drucklosen Zylinderraum
übertreten. Hierzu ist im einzelnen vorgesehen, daß zum übertritt des Druckmediums
von einem Zylinderraum in den anderen jedes Überdruckventil einen zur Einstellung
der Federspannung vorgesehenen durchbohrten Gewindestift und der Kolben in an sich
bekannter Weise mindestens eine Bohrung aufweist.
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In der Beschreibung ist eine in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellte
beispielsweise Ausführungsform gemäß der Erfindung erläutert.
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In einem Lenkzylinder 1 ist an dessen einem Ende ein Steuergerät
2 angeordnet, das ein Steuergehäuse 3 und einen Steuerschieber 4 aufweist.
Das Steuergehäuse 3 ist mittels Schrauben 5 gegen ein Führungsstück
6 verspannt und zieht über einen Sprengring 7 den Zylinder
1 gegen das Führungsstück. In das Führungsstück 6 ist ein Kugelgelenk
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eingeschraubt, auf dem ein Lenkhebel 9 befestigt ist, der seinerseits
die Lenkbewegungen des Zylinders 1
auf die gelenkten Laufräder des Fahrzeuges
weiterleitet.
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Das Führungsstück 6 weist einen Hals 10 auf, in den
eine aus einem konischen Teil 11 und einem zylindrischen Teil 12 bestehende
Bohrung eingearbeitet ist. In dieser Bohrung 11, 12 ist ein Lenkfinger
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angeordnet, der auf einem Stift 14 gelagert ist. Im Bereich dieses Stiftes
ist der Lenkfinger 13 kugelig ausgebildet, wodurch eine vorzugsweise im zylindrischen
Bohrungsteil 12 liegende Lagerstelle entsteht, die die Querkräfte des Lenkfingers
aufnimmt. Die beiden Enden des Lenkfingers 13 sind ebenfalls kugelig ausgebildet.
Das obere Ende des Lenkfingers 13
ist mit einer Kugel 15 versehen,
auf der ein Kupplungsstück 16 befestigt ist, das seinerseits mit einer der
Einfachheit halber nur mit strichpunktierten Linien angedeuteten Lenkschubstange
17 in Wirkverbindung steht. Das untere Ende des Lenkfingers 13
hat
eine Kugel 18 und greift mit dieser unmittelbar am Steuerschieber 4 an.
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Der Steuerschleber 4 ist in einer in das Gehäuse 3
eingearbeiteten
Durchgangsbohrung 19 verschieblich angeordnet und mit zwei Kolbenbunden 20
und 21 versehen, die mit zwei in diese Bohrung gedrehten Ringnuten 22 und
23 zusammenarbeiten. Zur Führung und Abdichtung in der Bohrung
19 weist der Steuerschieber 4 noch Kolbenbunde 24 und 25 auf. In den
Steuerschieber 4 sind Querbohrungen 26 und 27 gebohrt, von denen jeweils
eine zwischen einem der zur Führung bestimmten Kolbenbunde 24 und 25
und einem
der zur Steuerung des ölstromes vorgesehenen Kolbenbunde 20 und 21 liegt. Diese
Querbohrungen münden in die Durchgangsbohrung 19
und stehen durch eine in
den Steuerschieber 4 gearbeitete Längsbohrung 28 miteinander in Verbindung.
Der Steuerschieber 4 wird in dem Gehäuse 3
mittels zweier Federn
29 und 30 zentriert, von denen sich die eine gegen das Führungsstück
6, die andere gegen einen im Gehäuse 3 festsitzenden Stopfen
31
abstützt.
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In dem Lenkzylinder 1 ist ein Kolben 32 mit einer Kolbenstange
33 angeordnet. Diese ist in einem den Zylinder 1 an seinem anderen
Ende verschließenden Kopfstück 34 geführt, auf das noch ein Deckel 35
mittels
Schrauben 36 geschraubt ist. In das aus dem Lenkzylinder 1 herausragende
Ende der Kolbenstange 33 ist ein Kugelgelenk 37 eingeschraubt, das
bei 38
am Fahrzeug, beispielsweise an dessen Rahmen, verankert ist. Daher
ist der Kolben 32 ortsfest gehalten, während der Lenkzylinder 1 sich
gegenüber diesem verschieben kann. Durch den Kolben 32 wird der Lenkzylinder
1 in zwei Räume 39 und 40 unterteilt. Der Raum 39 steht über
eine Bohrung 41 mit der Ringnut 22 in Verbindung, während der Zylinderraum 40 über
eine Leitung 42 an die Ringnut 23 angeschlossen ist.
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Der Kolben 32 bzw. der Lenkzylinder 1 hat zwei verschieden
große Wirkflächen. Infolgedessen sind auch die Kräfte, die vom Lenkzylinder
1 auf das Lenkgestänge und die Laufräder des Fahrzeuges wirken, unterschiedlich
groß. Um diesen Umstand zu beseitigen, ist der Kolben 32 mit beispielsweise
zwei Ausgleichsventilen 43 und 43' versehen, die verschieden stark eingestellt sind,
so daß die Kräfte, die aus dem Produkt des in dem jeweiligen Zylinderraum herrschenden
Druckes und der dazugehörigen wirksamen Kolben- bzw. Zylinderfläche resultieren,
in beiden Bewegungsrichtungen des Lenkzylinders gleich groß sind. Diese Ventile
arbeiten gegensinnig, d. h., das Ventil 43' öffnet nach dem Zylinderraum
40, während das Ventil 43 das öl nur nach dem Raum 39 strömen läßt.
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Im Ausführungsbeispiel sind in den Kolben 32
zwei Durchgangsbohrungen
44 und 44' gebohrt. In jeder Bohrung 44 bzw. 44' ist ein Ventilkegel 45 bzw. 45'
angeordnet, der durch eine Druckfeder 46 bzw. 46' gegen einen Ventilsitz gepreßt
wird. Die Druckfeder 46 bzw. 46' stützt sich anderenends gegen einen Gewindestift
47 bzw. 47 ab, mittels dessen die Federspannung eingestellt werden kann. Die Gewindestifte
47 und 47" sind durchbohrt, und der Kolben 32 weist an seinem Schaft ebenfalls
Durchgangsbohrungen 48 auf, so daß lediglich der federbelastete Ventilkegel 45 bzw.
45' dem Überströmen des Druckbles vom einen Zylinderraum in den anderen einen Widerstand
entgegensetzt.
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Das Drucköl wird dem Steuergerät 2 durch eine Druckleitung 49 zugeführt,
in die eine Pumpe 50 zwischengeschaltet ist, die das öl aus einem
Behälter 51
ansaugt. Das Rücklaufbl fließt durch eine Leitung 52
in
den Behälter 51 ab.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Servolenkung ist wie folgt: Durch Drehen des Fahrzeuglenkhandrades wird die Schubstange
17 bzw. das Kupplungsstück 16 verschoben, was ein Schwenken des Lenkfingers
13 um den Zylinderstift 14 zur Folge hat. Dadurch wird der Steuerschieber
4 verschoben, wodurch das Drucköl beispielsweise in den Zylinderraum 39 strömt
und hier die große Wirkfläche des Kolbens 32 bzw. des Zylinders
1 beaufschlagt. Durch das Verschieben des Steuerschiebers 4 wird gleichzeitig
der Rücklauf für den Zylinderraum 40 freigegeben. Der in dem Zylinderraum
39 sich aufbauende Druck verschiebt den Zylinder 1 mit Bezug auf die
Zeichnung nach links und wirkt auf den Ventilkegel 45. Wenn der Druck eine durch
die Einstellung des Ventils 43' gegebene Größe erreicht hat, wird der Ventilkegel
45' von seinem Sitz abgehoben, und das öl strömt in den Zylinderraum 40 über
und von hier zum ölbehälter 51 zurück. Der gleiche Vorgang, jedoch in entgegengesetzter
Richtung, läuft ab, wenn das Drucköl durch gegensinniges Drehen des Lenkhandrades
in den Zylinderraum 40 gelangt. Das Ventil 43 ist auf einen höheren Druck eingestellt
als das Ventil 43'. Die Einstellung der beiden Ventile 43 und 43' ist so getroffen,
daß der Zylinder 1 in beiden Richtungen mit der gleichen Kraft auf das Lenkgestänge
wirkt, so daß auch die Beanspruchung in beiden Richtungen gleich groß ist. Die Ausgleichsventile
43 und 43" wirken auch als überdruckventile, so daß auf ein besonderes überdruckventil
zur Ab-
sicherung des hydraulischen Teiles der Lenkung verzichtet werden kann.
Ferner sind die Ventile 43 und 43' als ungedämpfte Ventile ausgeführt, wodurch die
durch äußere Einflüsse im Lenkzylinder 1 hervorgerufenen Druckspitzen durch
sofortiges öffnen des entsprechenden Ventils unmittelbar abgebaut werden.