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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lenkeinrichtung, insbesondere
für Kraftfahrzeuge, mit einer durch Lenkhandradausschläge betätigbaren Steuerpumpe,
deren Differenzdruck einen von einer Servopumpe gelieferten Hoehdruckölstrom über
eine Steuerventileinrichtung der Lenkrichtung entsprechend dem einen bzw. dem anderen
Druckraum eines oder mehrerer Servomotoren zuleitet.
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Eine hydrostatische Lenkanlage hat den Zweck, die bei Lenkungen mit
mechanischer Kraftübertragung erforderlichen Hebel und Gestänge zwischen Lenkgetriebe
und Radlenkhebel durch zwei einfache Öldruckleitungen zu ersetzen, die zu einem
Arbeitszylinder führen, dessen Kolbenstange mit dem Radlenkhebel unmittelbar verbunden
ist. Da solche hydrostatischen Lenkanlagen besonders für schwere Spezialfahrzeuge
in Frage kommen, ist es zweckmäßig, eine Servopumpe in die Anlage einzuschalten,
um den Fahrer von den großen Lenkkräften zu entlasten.
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Bekannte hydrostatische Lenkanlagen dieser Art enthalten eine Servopumpe,
ein Steuerventil, einen Arbeitszylinder und eine durch Steuerbewegungen des Lenkrades
betätigte Steuerpumpe. Diese wirkt als Dosiereinrichtung und als Differenzdruckerzeuger
zum Verstellen des Steuerventils. In neutraler Lenkstellung wird der Kolben des
Steuerventils durch Zentrierfedern in einer mittigen Lage gehalten, wobei der von
der Hochdruckpumpe gelieferte Ölstrom durch das Ventil hindurch in den Ölbehälter
zurückfließt. Wird jedoch eine Lenkbewegung eingeleitet, so erzeugt die Steuerpumpe,
je nach der Lenkrichtung, in einer der beiden Leitungen einen höheren Druck, durch
welchen der Steuerkolben verschoben und der Servomotor mit der entsprechenden Druckkammer
an die Hochdruckpumpe angeschlossen wird.
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Diese Lenkung hat den Nachteil, daß die für die Neutralstellung des
Steuerkolbens erforderlichen Zentrierfedern mit dem Kolben zusammen ein schwingendes
System bilden, das durch dynamische Einflüsse zu einem Überschwingen des Steuerkolbens
in Gegenrichtung führen kann. .Ferner weisen. diese einteiligen@Steuerkölben eine
kompliziertere Bauform auf, die ein Hängenbleiben und Verklemmen begünstigen. Außerdem
sind größere Kräfte für die Rückstellung des Steuerkolbens und zusätzliche Dämpfungseinrichtungen
erforderlich.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß
als Steuerventileinrichtung je ein Steuerventil zwischen Steuerpumpe und --dem.-..
einen bzw. dem anderen, entgegengesetzten Druckraum eines Servomotors derart angeordnet
ist, daß bei Ausführen einer Lenkbewegung je nach Lenkrichtung der Steuerkolben
des einen Steuerventils bzw. der Steuezkejbgn --_desdr,nteueryelils durch den an
der Steuerpumpe erzeugten Differenzdruck in Steuerlage gebracht wird, während der
Steuerkolben des anderen Steuerventils bzw. der Steuerkolben des einen Steuerventils
in Neutrallage bleibt, wobei der durch die Steuerpumpe dosierte Hochdruckölstrom
über das in Neutrallage bleibende Steuerventil dem Servomotor zugeleitet wird, während
die Rückleitung des druckentlasteten Druckmittels aus dem Servomotor über das aufgesteuerte
Steuerventil erfolgt, das auch den von der Servopumpe gelieferten Hochdruckölstrom
zur Steuerpumpe leitet.
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Die Rückstellung der Steuerkolben erfolgt dabei ohne Zentrierfedern.
Die Steuerkolben können durch entsprechende Dimensionierung bestimmter Leitungsquerschnitte
gedämpft werden.
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Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Schema einer hydraulischen Lenkanlage bei
Neutralstellung der Steuerkolben und F i g. 2 die Lenkanlage bei Arbeitsstellung
der Steuerkolben.
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Durch ein Lenkhandrad 1 wird über ein Übersetzungsgetriebe 2 eine
Zahnradpumpe 3 betätigt, die als Dosiereinrichtung und als Differenzdruckerzeuger
dient. Ein linkes Steuerventil ist mit 4, ein rechtes mit 5 bezeichnet. Weitere
Teile der Hydraulikanlage sind ein Arbeitszylinder 6, eine motorgetriebene Servopumpe
7, ein Nachsaugventil 8 und ein Ölbehälter 9.
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Von der Servopumpe 7 führt eine Leitung 10 zum rechten Steuerventil
5, von dem eine Leitung 10' zum linken Steuerventil 4 führt. Rückleitungen 11 von
den Steuerventilen 4 und 5 zum Ölbehälter 9 sind über Steuernuten 46 und 48 bzw.
56 und 58 an diese angeschlossen. Als Verbindung zwischen der Steuerpumpe 3 und
den beiden Steuerventilen 4 und 5 dienen zwei Leitungen 12 und 13, welche über Steuernuten
47 bzw. 57 an die Steuerventile 4 bzw. 5 angeschlossen sind. Zwischen den Steuerventilen
4 und 5 und dem Arbeitszylinder 6 liegen zwei Leitungen 14 und 15. Eine Zweigleitung
16 überträgt den Öldruck von der Leitung 12 auf das obere Zylinderende des Steuerventils
4; eine Zweigleitung 17 stellt die Verbindung zwischen der Leitung 13 und dem oberen
Zylinderende des Steuerventils 5 her. Die unteren Zylinderenden der Steuerventile
4 bzw. 5 sind jeweils über Zweigleitungen 18 bzw. 19 mit den Leitungen 15 bzw. 14
verbunden. Das linke Steuerventil 4 besteht aus einem Steuerkolben 40 und einem
Steuerzylinder 41. Der Steuerkolben 40 ist durch eine obere Nut 42 und eine untere
Nut 43 unterteilt und bildet einen Kolbenkopf 44 und einen Kolbenfuß 45. Das rechte
Steuerventil 5 weist einen Steuerkolben 50 und einen Steuerzylinder 51, eine- obere
Kolbennut 52, eine untere Kolbennut 53, einen Kolbenkopf 54 und einen Kolbenfuß
55 auf.
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Im Arbeitszylinder 6 sind ein Arbeitskolben mit 60, eine größere wirksame
Kolbenfläche mit 61, eine kleinere Kolbenfläche mit 62 bezeichnet.
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F i g. 1 zeigt die hydraulische Lenkanlage bei Neutralstellung der
beiden Steuerkolben 4 und 5. Die -Servopumpe 7 fördert' Öl aus dem Behälter 9 über
die Leitung 10 in die untere Kolbennut 53 des Steuerventils 5 und durch eine Zuleitung
10' in die Kolbennut 43 des Steuerventils 4. Von dort fließt das Öl durch die Rücklaufleitung
11 in den Behälter 9 zuruck@ :Damit- ist ein vom übrigen ölführenden System getrennter
Leerkreislauf hergestellt.
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In F i g. 2 ist eine Lenkanlage mit dem Kolben 50 in Wirkstellung
dargestellt. Die Lenkhandradbewegung im Sinne des Pfeiles wird über das Getriebe
2 auf die Dosiereinrichtung 3 übertragen. Hierbei wird ein Differenzdruck erzeugt,
der sich von den Druckseiten der Steuerpumpe über die Leitung 12, die Nut 42, die
Leitungen 14 und 19 bis in den Steuerzylinder 51 fortpflanzt, so daß der Steuerkolben
50 nach oben verschoben wird. Dadurch wird das von der Servopumpe 7 kommende Öl
über die Nut 53 in die Leitung 13 gesteuert und fließt den Saugseiten der Steuerpumpe
3 zu. Entsprechend der am
Lenkrad 1 eingeleiteten Bewegung wird
von der Steuerpumpe 3 eine genau dosierte Menge geliefert. Dabei wird das an den
Einströmöffnungen der Steuerpumpe 3 ankommende Hochdrucköl unter geringer Druckerhöhung
zu den Austrittsöffnungen gefördert, fließt über die Leitung 12, die Nut 42 und
die Leitung 14 in den Arbeitszylinder 6 und verschiebt den Arbeitskolben entsprechend
der ölmenge nach rechts. Der gleiche Hochdruck wie in der Leitung 12 wirkt über
die Zweigleitung 16 auch auf den Steuerkolben 40 und hält diesen in seiner Neutralstellung
fest. Gleichzeitig kann das Öl aus der rechten Zylinderkammer des Servomotors
6 über die Leitung 15, die aufgesteuerte Nut 52 und die Rückleitung 11 in den Behälter
9 zurückfließen. Für eine Lenkbewegung entgegen der Pfeilrichtung in F i g. 2 verlaufen
die Vorgänge im hydraulischen System entsprechend umgekehrt. Hört die Bewegung am
Lenkhandrad auf, so wird kurzzeitig in den Leitungen 10, 13 und 17 der Druck erhöht,
während in den Leitungen 12, 14 und 19 der Druck abgebaut wird. Dadurch wird der
Steuerkolben 50 in seine Neutralstellung zurückgedrückt und der von der Servopumpe
7 kommende Ölstrom durch die Nut 53, die Leitung 10', die Nut 43 und
die Rückleitung 11 in den Behälter 9 geleitet.
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Fällt aus irgendeinem Grunde die Servopumpe 7 aus, so ist der für
die Lenkarbeit erforderliche Öldruck von der Steuerpumpe aufzubringen, wobei das
benötigte Öl über das Nachsaugventil8 strömt. Hierdurch bleibt die Lenkarbeit des
Fahrzeuges wie bei Systemen mit einteiligen Steuerventilen erhalten, indem die Lenkarbeit
an Stelle der Servopumpe von Hand aufgebracht werden muß.
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Durch die Zweiteilung des Steuerkolbens wird ein Überschwingen des
Ventilkolbens in Gegenrichtung ausgeschlossen und ein sogenanntes »Schwimmen« des
Steuerkolbens in der Mittellage vermieden. Von weiterem Vorteil ist die geringere
Verstellkraft am Lenkhandrad und größere Feinfühligkeit des Systems, weil keine
Federkräfte am Steuerkolben zu überwinden sind. Durch die zweigeteilten Steuerventile
kann in einfacher Weise eine hydraulische Rückwirkung am Lenkhandrad erzielt werden.
Der Druck der Servopumpe wirkt dem Differenzdruck an der Steuerpumpe entgegen, wenn
der Kolbenkopfdurchmesser größer ist als der Durchmesser des Kolbenfußes. Ist
m der Durchmesser des Kolbenkopfes, n
der Durchmesser des Kolbenfußes,
dann ist der Ventilkolben im Gleichgewicht, wenn der Differenzdruck (A p
= p2 - p,) an der Steuerpumpe gleich dem
Druck (p1) der Servopumpe ist. Da p1 mit der Lenkkraft an den Rädern ansteigt, so
ist am Lenkhandrad eine der Lenkkraft proportionale Handkraft aufzubringen, die
dem Fahrer ein Straßengefühl vermittelt.
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Ferner kann bei dieser Konstruktion, die Rückwirkung beim Drehen nach
rechts und links verschieden groß ausgelegt werden, um den Unterschied zwischen
der großen und der kleinen Kolbenfläche des Arbeitskolbens auszugleichen.
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Da die Leitungen 16, 17, 18 und 19 lediglich den Druck und die Ölmenge
für die Steuerung der Steuerkolben 40 bzw. 50 übertragen, brauchen
diese Leitungen nur entsprechend dimensioniert zu werden, um eine gewünschte Dämpfung
zu erzielen. In ihrer Neutralstellung liegen beide Steuerkolben 40 und
50 an den beiden unteren Zylinderdeckeln an und werden dort durch den von
der Servopumpe gelieferten Öldruck gehalten. Sobald sich einer der Kolben aus der
in F i g. 1 gezeichneten Neutralstellung um mehr als die Spaltbreite an den Ringkanälen
48 und 58 entfernt, baut sich ein Druck auf, der sich durch die sich öffnenden Querschnitte
bei 47 und 57 und Leitungen 12, 16 bzw. 13, 17 in die Druckräume über den Kolbenköpfen
44 bzw. 54 fortpflanzt. Infolge dieses Druckes werden die Kolben in die Neutrallage
zurückbewegt.
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Die Lenkung bleibt auch voll funktionsfähig, wenn einer der beiden
Steuerkolben oder beide in einer beliebigen Stellung ihres Hubes klemmen. Beim Bewegen
des Lenkhandrades für die Kurvenfahrt und beim Rückführen in die Geradeausfahrtstellung
entstehen hinreichend große Druckunterschiede in den Endräumen der Steuerzylinder,
welche die gewünschte Stellung der Steuerkolben herbeiführen. Die Möglichkeit des
Klemmens wird vermindert durch die beschriebene einfache Form der Steuerelemente.