DE1555906C3 - Hydrostatische Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge mit einem durch eine Lenkradpumpe aufrechterhaltenen geschlossenen Primärkreislauf und einem die Hauptsteuerkräfte liefernden Sekundärkreislauf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge mit einem durch eine Lenkradpumpe aufrechterhaltenen geschlossenen Primärkreislauf und einem die Hauptsteuerkräfte liefernden Sekundärkreislauf, wobei die Zu- und Abflußleitungen des Primärkreislaufes und des Sekundärkreislaufes mittels eines in einer Längsbohrung eines Ventilgehäuses gleitbeweglich angeordneten, in Axialrichtung mehrere Kolbenabschnitte aufweisenden Steuerschiebers im Zusammenwirken mit Ring- und Überströmkanälen gesteuert werden und der Steuerschieber durch Federkraft in Neutralstellung gehalten ist. Eine solche Lenkvorrichtung ist bekannt aus der US-Patentschrift 30 16 708.

In jedem hydraulischen Lenksystem mit einem Steuerschieber wurden bisher gewisse Leckverluste zwischen den einzelnen Ringkanälen als unvermeidlich hingenommen. Damit ist allerdings zwangläufig ein mehr oder weniger großes Lenkradspiel verbunden, d. h. eine Kursstabilität kann nur durch ständiges Nachkorrigieren am Lenkrad gewährleistet werden. Macht sich dieser Mangel schon bei leichteren Fahrzeugen störend bemerkbar, wird die Grenze des Zulässigen bei schweren Fahrzeugen häufig überschrittten. Beim Fahren mit einem schweren Schlepper, beispielsweise am Hang, kann die auf die Räder entfallende Seitendruckkomponente so groß werden, daß dadurch das Spiel in der Lenkung unverhältnismäßig stark ansteigt. Im ungünstigen Fall kann eine volle Lenkradumdrehung zusätzlich erforderlich werden, um eine für die Geradeausfahrt benötigte Radlage zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Leckverluste am Steuerschieber verursachtes Lenkradspiel zu vermeiden.

Die Lösung für diese Aufgabe bei der eingangs beschriebenen hydrostatischen Lenkvorrichtung besteht gemäß der Erfindung darin, daß zwischen dem durch die Lenkradpumpe bei Lenkradausschlag ausgelösten, durch Kanäle zu einem als Hydromotor wirkenden Lenkzylinder führenden, unter hohem Druck stehenden Flüssigkeitsstrom und einem unter geringem Druck stehenden Rückströmkanal eine durch Kolbenabschnitte am Steuerschieber begrenzte Ringkammer vorgesehen ist, die mit Überströmleitungen in Verbindung steht.

Es wird dabei von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich diese Flüssigkeitsverluste vermeiden lassen, wenn durch bauliche Anordnung der Ring- und Überströmkanäle eine als Flüssigkeitssperre wirkende Pufferzone zwischen dem unter hohem Druck stehenden Flüssigkeitsstrom und dem unter geringem Druck stehenden Rückströmkanal geschaffen wird.

Die bei einem Lenkradausschlag durch die Lenkradpumpe im Primärkreislauf in Umlauf gesetzte Flüssigkeit fließt dann am einen Ende des den Steuerschieber aufnehmenden Ventilgehäuse ein, während vom anderen Ende Flüssigkeit zum Rücklauf zur Lenkradpumpe entweicht. Von der Zuströmseite her wird dabei der Steuerschieber so weit verschoben, bis eine Verbindung zum Lenkzylinder freigegeben wird. In dieser Schieberstellung ist die auf der Zuströmseite befindliche Ringkammer durch die ihr benachbart liegenden, durch einen Ringraum getrennten Kolbenabschnitte begrenzt. Die in dieser mit dem Sekundärkreislauf in Verbindung stehenden Ringkammer eingeschlossene Flüssigkeit befindet sich dann zwischen der von der Lenkradpumpe gelieferten Flüssigkeit höheren Druckes und der Rückströmleitung.

Da zwischen der Ringkammer und dem Primärkreislauf nur ein verhältnismäßig niedriges Druckgefälle vorhanden ist, welches etwa dem zur Überwindung des Federdruckes erforderlichen Wert entspricht, sind Flüssigkeitsverluste aus dem Primärkreislauf in die Rückströrnleitung durch die in der Ringkammer befindliche Flüssigkeit, die dann als Puffer wirkt, unterbunden oder zumindest weitgehend gemindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise schematisierte Darstellung einer hydrostatischen Lenkung mit dem Steuerventil im Schnitt,

F i g. 2 eine Darstellung gemäß F i g. 1 mit dem Ventilsteuerkolben in seiner rechten Endlage,

F i g. 3 eine vergrößerte Einzelheit des Ventils nach F i g. 2,

F i g. 4 eine Darstellung gemäß F i g. 1 mit dem Ventilsteuerkolben in linker Endlage und
Fig.5 eine vergrößerte Einzelheit des Ventils nach F i g. 4.

Hauptbestandteil des Systems zur hydraulischen Hilfskraftlenkung ist ein verbessertes Steuerventil 16. Weitere Funktionsteile sind: ein Flüssigkeitssammelbehälter 10, eine Umwälzpumpe 12, ein Druckminderventil 14, ein umsteuerbarer Hydromotor mit einem Lenkzylinder 18 sowie eine mit einem Lenkhandrad 22 verbundene Lenkradpumpe 20, die von herkömmlicher Bauart ist. Der Lenkzylinder 18 enthält einen doppelt wirkenden Kolben 24, der über beidseitig aus dem Zylinder herausragende Kolbenstangen mit den zu steuernden Rädern oder anderen Fahrzeugteilen kraftschlüssig verbunden ist.

Das als Kolbenlängsventil ausgebildete Steuerventil 16 besteht unter anderem aus einem Gehäuse 26 mit einer Hauptbohrung 28, zwei Gehäuseendkappen 30, 32 sowie einem Steuerschieber 34, der in der Bohrung 28 gleitbeweglich angeordnet ist. In der Bohrung sind

Ringnuten angeordnet, in denen linke und rechte Durchströmkanäle 36, 38, linke und rechte Rückströmkanäle 40, 42, verbunden durch einen Durchströmkana! 44, ferner linke und rechte Kanäle 50, 52 münden. Die Durchströmkanäle 36,38 stehen über einen Überstromkanal 53, der über einen Kanal 54 an die Umwälzpumpe angeschlossen ist, untereinander in Verbindung. In der Bohrung 28 befinden sich zwischen den Kanälen mittlere Segmente 37, 39 und 41, linke und rechte Segmente 43,45 und äußere Segmente 47,49 bzw. 51,57.

Der Steuerschieber 34 weist eine Längsbohrung 126 mit Querbohrungen 130, 134 und eine Längsbohrung 128 mit einer Querbohrung 132 sowie eine Anzahl von in festen axialen Abständen angeordneten Ringnuten auf, durch die der langgestreckte Steuerkolben in eine Folge von Einzelkolben, welche die hydraulischen Steuerkanten bilden, unterteilt wird. So sind z. B. in der Mitte Kolbenabschnitte 55, 56 und 58 vorhanden, weiter außen liegend Abschnitte 60, 64 und 66, 68. Durch eine Feder 70 wird der Kolben unter einer gewissen Vorspannung in eine neutrale Mittellage gedruckt.

In den Flüssigkeitskammern 120, 124 bildenden Gehäuseendkappen 30, 32 vorhandene Bohrungen 72, 74 stellen über Leitungen 76, 78 die hydraulische Verbindung mit der Lenkradpumpe her. Der doppeltwirkende Hydromotor steht über Leitungen 84, 86 mit den Gehäuseauslässen 80, 82, die in die Kanäle 50, 52 münden, in Verbindung.

Die Bohrung 28 hat über eine Gehäusebohrung 88 und anschließende Rückströmleitung 90 eine drucklose Verbindung zum offenen Flüssigkeitssammelbehälter 10. Eine Überströmleitung 92 im Ventilgehäuse verbindet eine Ringkammer 46 mit dem mittleren Segment 37 über eine Bohrung 96 und eine Überströmleitung 94 verbindet eine Ringkammer 48 mit dem mittleren Segment 41 über eine Bohrung 98. Ein Rückschlagventil 102 in einer Leitung 104 steht bei laufender Umwälzpumpe unter Druck, ist aber bei stillstehender Pumpe druckentlastet, so daß dann unter niedrigem Druck stehende, aus dem Lenkzylinder strömende Flüssigkeit in den Kanal 54 und weiter zur Lenkradpumpe 20 abgeleitet werden kann. Ein in der Druckleitung 111 vorhandenes Rückschlagventil 110 verhindert, daß Niederdruckflüssigkeit, die durch die Leitung 104 und über die Bohrung 54 zur Lenkradpumpe 20 zurückströmt, in die Hochdruckleitung und damit in die Umwälzpumpe 12 gelangen kann.

Läuft die Umwälzpumpe 12, und befindet sich der Steuerschieber 34 in seiner neutralen Mittellage (Fig. 1), wird Hydroflüssigkeit in den Kanal 54 gedrückt und gelangt von dort über Überströmkanal 53 und Durchströmkanal 44, die Gehäusebohrung 88 und die Rückströmleitung 90 in den Flüssigkeitssammelbehälter 10. Dabei liegen die Kanten der Abschnitte 66,68 an den Kanten der äußeren Segmente 47,49 an, so daß keine Flüssigkeit von dem Kanal 54 in die Gehäuseauslässe 80,82 bzw. in die Bohrungen 72, 74 gelangen kann. In dieser Mittellage des Steuerschiebers bleibt also die Flüssigkeit in den Flüssigkeitskammern 120, 124 sowie in den Leitungen 84,86 und 76,78 in Ruhe.

Bei Betätigung des Lenkhandrades 22 mit der angeschlossenen Lenkradpumpe 20 strömt Flüssigkeit in eine der Flüssigkeitskammern 120 bzw. 124, während gleichzeitig Flüssigkeit aus der anderen Kammer abgepumpt wird, so daß also in einem geschlossenen Kreislauf zwischen beiden Kammern ein Druckabfall entsteht. Dieser Differenzdruck bewirkt eine Verschiebung des Steuerschiebers 34.

Soll das Fahrzeug eine Rechtskurve fahren, ergeben sich die in F i g. 2 dargestellten Verhältnisse. Zunächst wird durch einen entsprechenden Lenkradausschlag mittels der Lenkradpumpe 20 Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 76 in die linke Flüssigkeitskammer 120 gefördert, und zwar unter gleichzeitiger Absaugung einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge aus der rechten Flüssigkeitskammer 124 über die Leitung 78. Sobald der in der linken Kammer aufgebaute Druck einen vorgegebenen Wert übersteigt, und damit ausreicht, den Widerstand der Feder 70 zu überwinden, bewegt sich der Steuerschieber 34 in die nach rechts verschobene dargestellte Lage. In der Praxis reicht ein Druck im Bereich 1 bis 2,8 kg/cm² aus, um den Federwiderstand zu überwinden. Infolge Rechtsverlagerung des Steuerschiebers 34 verschließt dessen Abschnitt 60 den Rückströmkanal 40 und die zum Flüssigkeitssammelbehälter 10 führende Gehäusebohrung 88 und bewirkt damit eine Absperrung gegen den zwischen Durchflußkanal 36 und Ringkammer 46 herrschenden hohen Druck. Gleichfalls werden dadurch der Rückströmkanal 42, die Ringkammer 48 und der Kanal 52 von ihrer Verbindung zum Kanal 54 abgeschnitten. Während des Fahrbetriebes möge die Umwälzpumpe 12 der Druckflüssigkeit einen Druck von etwa 126 kg/cm² erteilen; durch den Kanal 54 und den Überströmkanal 53 sowie Überströmleitung 92 strömt die Flüssigkeit in den Durchströmkanal 36 und die Ringkammer 46. Eine Teilmenge der Flüssigkeit gelangt ferner durch die Quer- und Längsbohrungen 132 und 128 und über die rechte Flüssigkeitskammer 124 zur Lenkradpumpe 20, wo sie einen Teil der am Lenkhandrad 22 aufzuwendenden Lenkarbeit übernimmt. Der tatsächlich vom Fahrzeugführer in Anspruch genommene Flüssigkeitsdruck hängt ab von dem Drehwiderstand der zu steuernden Laufräder. Obwohl ein beträchtlicher Druck von der motorgetriebenen Pumpe geliefert werden kann, muß der Fahrzeugführer ständig kleine Steuerkräfte aufwenden, um die Spannung der den Steuerschieber in Mittellage haltenden Feder zu überwinden.

Daraus ergibt sich, daß der die Lenkradpumpe 20 verlassende Flüssigkeitsdruck immer geringfügig höher ist als der an dieser Pumpe ankommende und der von der Umwälzpumpe 12 gelieferte Druck.

Mit dem Steuerschieber 34 in Rechtslage (F i g. 2) tritt Hochdruckflüssigkeit aus der Lenkradpumpe 20 in die linke Flüssigkeitskammer 120 ein und fließt von dort über den Gehäuseauslaß 80 auf die linke Seite des Lenkzylinders 18. Die über die Leitung 84 zuströmende Hochdruckflüssigkeit tritt in den Lenkzylinder 18 ein und beaufschlagt dort den Kolben 24, der den gewollten Lenkausschlag der Laufräder bewirkt. Dabei ist der in den Zylinder eintretende und der diesen verlassende Flüssigkeitsanteil jeweils gleich groß. Entsprechend verursacht die Kolbenbewegung im Lenkzylinder 18 die Verschiebung einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge durch die Leitung 86 über den Gehäuseauslaß 82, die Überströmleitung 94 und den Durchströmkanal 44 und weiter über die Gehäusebohrung 88 in den Flüssigkeitssammelbehälter 10.

Durch die besondere Anordnung einer Flüssigkeitssperre wird verhindert, daß durch den linken Gehäuseauslaß 80 in den Lenkzylinder 18 eintretende Hochdruckflüssigkeit teilweise in die Rückströmleitung 90 gelangen kann, wie dies aus der vergrößerten Darstellung der F i g. 3 ersichtlich ist. Darin ist das Steuerventil mit dem Steuerschieber 34 in Rechtslage gezeichnet.

In dieser Lage befindet sich der Schieberabschnitt 66

unterhalb des äußeren Segments 47 und der Schieberabschnitt 60 teilweise unterhalb des mittleren Segments 37 und des linken Segments 43 beidseitig des rechten Rückströmkanals 40.

Die Schieberabschnitte 60 und 66 stehen also mit der Ringkammer 46 in Verbindung, wobei eine durch A (F i g. 3) gekennzeichnete Kammer gebildet wird, die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit aufnimmt, die' durch die Überströmleitung 92 in diese Kammer gelangt. Die von der Lenkradpumpe 20 durch den linken Gehäuseauslaß 80 strömende Flüssigkeit passiert vorher eine Flüssigkeitskammer B (F i g. 3), die zwischen dem Steuerschieber und dessen Abschnitt 66 und dem linken Kanal 50 entstanden ist. Die in der Kammer B befindliche und von der Lenkradpumpe gelieferte Flüssigkeit hat einen etwas höheren Druck als die von der Umwälzpumpe 12 gelieferte Flüssigkeit in der Kammer A. Unter einem niedrigeren Druck stehende Flüssigkeit aus dem Lenkzylinder 18 durchströmt auf ihrem Weg zum Flüssigkeitssammelbehälter die Leitung 86 und den Gehäuseauslaß 82, gelangt weiter durch die Überströmleitung 94 und den Druchströmkanal 44 in eine Kammer C (Fig.3) zwischen dem Abschnitt 60 und dem rechten Rückströmkanal 40.

In der Kammer A hat sich also ein relativ hoher Flüssigkeitsdruck aufgebaut, wobei sich diese eingeschlossene Flüssigkeit zwischen einer von der Lenkradpumpe gelieferten Flüssigkeitsmenge in der Kammer B befindlichen und einer weiteren Flüssigkeitsmenge mit niedrigerem Druck in der Kammer C befindet. Da zwischen den Kammern A und B ein verhältnismäßig niedriges Druckgefälle vorhanden ist, welches in etwa dem zur Überwindung des Federdruckes erforderlichen Wert entspricht, sind Leckverluste aus der Kammer B über die Kammer A und weiter in die Kammer C verhältnismäßig gering, wenn nicht sogar unmöglich. Da andererseits ein hohes Druckgefälle zwischen der in Kammer A befindlichen Flüssigkeit einerseits und der unter einem niedrigeren Druck stehenden Flüssigkeit in der Kammer C vorhanden ist, kann ein Flüssigkeitsverlust nur eintreten zwischen dem Abschnitt 60 und dem linken Segment 43, durch welche Teile die Kammern A und C voneinander getrennt werden. Diese Leckverluste führen jedoch zu keinem Schlupf.

In F i g. 4 ist dargestellt, wie die Lenkvorrichtung mit dem Steuerschieber in Linksstellung arbeitet. Bei Linksdrehung des Lenkhandrades fließt von der Lenkradpumpe 20 über die Leitung 78 Druckflüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 124, so daß der Steuerschieber die Feder 70 zusammendrücken kann. Jetzt fließt eine unter verhältnismäßig hohem Druck stehende Flüssigkeit (14 bis 125 kg/cm²) von der Umwälzpumpe 12 über die Überströmleitung 94 in die Ringkammer 48 zwischen den Kolbenabschnitten 64 und 68 einerseits und den Segmenten 45 und 48 andererseits. In der vergrö-Berten Darstellung der F i g. 5 ist dieser Raum mit D bezeichnet. Pumpenflüssigkeit strömt ferner durch den Überströmkanal 53, die Querbohrung 130, die Längsbohrung 126 und die Bohrung 72 in die Lenkradpumpe 20. Flüssigkeit mit relativ hohem Druck strömt von der Lenkradpumpe 20 auf ihrem Weg in den Lenkzylinder 18 in die rechte Flüssigkeitskammer 124 und über den Gehäuseauslaß 82, wobei sich ein Flüssigkeitsraum E zwischen dem Kolbenabschnitt 68 und dem rechten Kanal 52 füllt. Aus dem Lenkzylinder austretende Flüssigkeit mit einem niedrigen Druck gelangt über die Leitung 84 in den Gehäuseauslaß 80, von wo aus sie durch die Überströmleitung 92 in die Gehäusebohrung 88 gelangt. Der Druck dieser Flüssigkeit pflanzt sich über den Durchströmkanal 44 und den Rückströmkanal 42 in eine von dem Kolbenabschnitt 64 begrenzte Kammer F (F i g. 5) fort. Eine unter verhältnismäßig hohem Druck stehende Flüssigkeitsmenge befindet sich somit im Raum D. Leckverluste von Hochdruckflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsraum E über den Kolbenabschnitt 68 und das äußere Segment 49 werden daher auf einen Kleinstwert herabgesetzt, weil das Druckgefälle zwischen Raum D und Flüssigkeitsraum E sehr niedrig ist. Da ein verhältnismäßig hohes Druckgefälle zwischen Raum Dund Kammer Fbesteht, wird ein Flüssigkeitsübertritt aus Raum D in Kammer F begünstigt, wodurch der Schlupf in der Lenkeinrichtung keine unzulässigen Werte annimmt.

Das Steuerventil nach der Erfindung ist außerordentlich wirksam in bezug auf kleinstes Lenkradspiel, wie es durch Flüssigkeitsverluste in dem Steuersystem auftreten könnte, denn es gelangt jede Nebenflüssigkeit in die zum Flüssigkeitssammelbehälter führende Rückleitung, bevor sie noch den Lenkzylinder erreicht und dort unerwünschten Leerlauf oder auch Lenkradspiel hervorrufen könnte. In herkömmlichen hydraulischen Steuerventilen für Lenkanlagen pflegen Flüssigkeitsverluste im Bereich der Steuerschieber aufzutreten, und zwar zwischen der Rückströmleitung und deren benachbarten Hohlräumen, die mit von der Lenkradpumpe gelieferter Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt sind. Um diese oft erheblichen Leckverluste von Steuerflüssigkeit zu vermeiden, ist eine Zwischenkammer angeordnet worden. Diese liegt zwischen den Pumpflüssigkeit enthaltenden Ventilräumen und benachbarten Ventilräumen, die mit Rückströmflüssigkeit von geringerem Druck angefüllt sind. Die Zwischenkammer bildet auf beiden Seiten des Ventils besondere Gehäusekanäle, und auch im Steuerkolben sind besondere Ringkanäle vorhanden. Die Zwischenkammer wird mit Flüssigkeit von verhältnismäßig hohem Druck gefüllt, um auf diese Weise eine Pufferzone zwischen der Zone mit hohem Druck und einer Zone mit niedrigerem Druck zu errichten. Vor dem Lenkzylinder ist sodann noch eine weitere Zone mit hohem Druck vorhanden, welche eine wirksame Abschirmung gegen unerwünschte Leckverluste von Druckflüssigkeit darstellt und auf diese Weise mit dazu beiträgt, übermäßiges, durch Leckverluste verursachtes Lenkradspiel zu vermeiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydrostatische Lenkvorrichtung für Motorfahrzeuge mit einem durch eine Lenkradpumpe aufrechterhaltenen geschlossenen Primärkreislauf und einem die Hauptsteuerkräfte liefernden Sekundärkreislauf, wobei die Zu- und Abflußleitungen des Primärkreislaufes und des Sekundärkreislaufes mittels eines in einer Längsbohrung eines Ventilgehäuses gleitbeweglich angeordneten, in Axialrichtung mehrere Kolbenabschnitte aufweisenden Steuerschiebers im Zusammenwirken mit Ring- und Überströmkanälen gesteuert werden und der Steuerschieber durch Federkraft in Neutralstellung gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem durch die Lenkradpumpe (20) bei Lenkradausschlag ausgelösten, durch Kanäle (50, 80, 84 bzw. 52,82,86) zu einem als Hydromotor wirkenden Lenkzylinder (18) führenden, unter hohem Druck stehenden Flüssigkeitsstrom und einem unter geringem Druck stehenden Rückströmkanal (40 bzw. 42) eine durch Kolbenabschnitte (60 und 66 bzw. 64 und 68) am Steuerschieber begrenzte Ringkammer (46 bzw. 48) vorgesehen ist, die mit Überströmleitungen (92 bzw. 94) in Verbindung steht.