DE1755033C3 - Servolenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit hydrostatischer Lenkkraftübertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtung nach dem Obe. begriff des Patentanspruches I.

Die Weiterentwicklung solcher Servolenkeinrichtungen führte wegen der Verwendung größerer Druckmittelmengen und höherer Drücke auch zu größeren Steuerpumpen, die aber aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen ein bestimmtes Maß nicht überschreiten dürfen. Um den hierbei auftretenden Schwierigkeiten zu begegnen, sind Servolenkeinrichtungen bekannt geworden, bei denen verhältnismäßig kleine Steuerpumpen für die Zusteuerung großer, von einer Servopumpe geförderter Druckmittelmengen zu den Servomotoren verwendet werden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Steuerventileinrichtung nur einen Teil des von der Servopumpe geförderten Druckmitteis über die Steuerpumpe, den Rest jedoch unmittelbar dem bzw. den Servomotoren zusteuert.

Bei einer bekannten Servolenkeinrichtung (US-PS 74 491) wird ein einziger Servomotor von einer Steuerpumpe und einer Arbeitspumpe beaufschlagt. Die Aufteilung des Servostromes in zwei Teilströme wird dabei durch die Anordnung einer Vielzahl von verschiedenen Elementen ermöglicht: ein Steuerventil, zwei Zuschaltventil und zwei Rückschlagventile. Durch die Möglichkeit des Verklemmens oder Hängenbleibens der Zuschaltventile ist der Einsatz der Stromverstärkung unsicher und der Stromverstärkungsfaktor nicht konstant. Der Stromverstärkungsfaktor ist außerdem auch durch die Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit veränderlich, und damit wird die Lenkgeschwindigkeit veränderlich. Der Steuerpumpenstrom und der Servomotorweg sind dabei nicht direkt voneinander abhängig- Der Zuschaltstrom ist abhängig vom Querschnitt der veränderbaren Drosselstellen an den Zuschalt- und Rückschlagventilen. Die vereinigten, über die Steuerpumpe und unter Umgehung der Steuerpumpe geförderten Ströme werden in einen einzigen Zylinder geleitet. Da die Anteile von Steuer- und Arbeitsstrom in Abhängigkeit von der Leokgeschwindigkeit veränderlich sind, ist die Lenkübe»Setzung veränderlich. Es ist also nicht sichergestellt, welche Druckölmenge bei einer bestimmten Anzahl von Lenkhandrad-Umdrehungen unt^r Umgehung der Steuerpumpe dem Servomotor zugeführt wird. Gerade bei Lenkgetrieben muß jedoch eine unbedingte Sicherheit der Funktion auch durch Sicherheit der Synchronisierung von Lenkhandrad-Umdrehungen und Lenkausschlag gewährleistet sein.

Bei einer anderen bekannten Servolenkeir.richtung (DD-PS 51 544) sind ein Servokreis und ein Lenkkreis als zwei völlig selbständige und getrennte Kreisläufe ausgebildet. Eine mit dem Lenkhandrad verbundene Verdrängerpumpe beaufschlagt den Lenkzylinder; die Servopumpe beaufschlagt ausschließlich den Servozylinder. Nac.iteilig bei dieser Ausführung ist es, daß der gesamte Lenkungskreis keinen Betrieb zur Servounterstützung liefert. Dies bedeutet einen zusätzlichen Aufwand, da der eie-entliche Servokreis unnötig stark vergrößert werden muß, um die gesamte erforderliche

jo Servounterstützung aufbringen zu können. Außerdem ist ein zusätzliches Zuschaltventil erforderlich.

Bei einer weiteren bekannten Servolenkeinrichtung (US-PS 32 49 173) wird das Druckmittel von einer zweiten, größeren Servopumpe dem Servostrom einer ersten, kleineren Servopumpe automatisch und unmittelbar zugeschaltet und denselben Servomotoren zugeleitet, sobald der Differenzdruck an der Steuerpumpe eine bestimmte Größe überschreitet. Bei dieser Einrichtung wirkt die Steuerpumpe in der Hauptsache als Differenzdruckerzeuger für <l':e Verstellung der beiden Steuerventile unc weniger als Dosiereinrichtung. Zur Synchronisation der Bewegungen des Lenkhandrades bzw. der Steuerpumpe und der Servomotoren bzw. der gelenkten Fahrzeugräder sind Folgezylinder vorge-

*5 sehen, die mechanisch von den Servomotoren beaufschlagt sind, im Kreislauf mit der Steuerpumpe liegen und die Steuerventile beidseitig beaufschlagen. Auch bei dieser Einrichtung bleibt ein kompletter Lenkungskreis von der Servounterstützung ausgeschlossen. Dadurch bleiben wesentliche Anforderungen, die an eine Servolenkanlage mit großem Fördervolumen gestellt werden müssen, unerfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkeinrichtung zu schaffen, bei der ohne zusätzlichen Aufwand zu einem über die Steuerpumpe beaufschlagten Servomotor ein bzw. mehrere Servomotoren zugeschaltet werden können, wobei Synchronisation zwischen allen Servomotoren und der Steuerpumpe gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben.

Der besondere Vorteil des Anmeldungsgegenstondes

f>5 besteht darin, daß mit dem geringen Aufwand von nur zwei weiteren Steuernuten in einem für Servolenkanlagen üblichen Steuerventil die gestellte Aufgabe gelöst wird. In bekannten Servolenkanlagen mit hydrostat!-

scher Lenkkraftübertragung steuert üblicherweise ein in Abhängigkeit von der Drehung am Lenkhandrad hydraulisch bzw, mechanisch betätigbares Steuerventil das von der Servopumpe geförderte und von der Steuerpumpe dosierte Druckmittel einem bzw. mehreren Servomotoren zu. Die Steuernuten des Steuerventiles bilden nun in dem erfindungsgemäßen Steuerventil das erste System von symmetrisch zueinander angeordneten Steuernuten. An dem Steuerventil sind weiterhin im Anschluß an den freien DruckmitteldurchSauf bei neutraler Stellung des Steuerventils an diesem zwei zusätzliche symmetrisch zu den übrigen angeordnete Steuerauten vorgesehen, an die je ein Druckraum eines zusätzlichen Servomotors angeschlossen ist. Diese beiden zusätzlichen Steuernuten bilden erfindungsgemaß zusammen mit zwei Zulaufnuten des ersten Systems und zwei ohnehin vorhandenen Rücklaufnuten das zweite System von symmetrisch zueinander angeordneien Steuernuten. Während hierbei die Druckräume des primär vorhandenen Servomotors über die Steuerpumpe hydraulisch blockiert sind, werden die Druckräume des zusätzlichen automatisch zusch.altbaren Servomotors mechanisch über die Spurs:ange mit dem primär vorhandenen Servomotor blockiert. Das Entsprechende gilt auch, wenn die primäre und/oder die zuschaltbare Servomotoreinrichtung aus mehreren Servomotoren besteht.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Servolenkeinrichtung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Das erste Beispiel bezieht sich auf ein hydraulisch betätigbares, das zweite auf ein mechanisch betätigbares Steuervenventil. Es zeigt

F i g. 1 ein hydraulisch betätigbares Steuerventil in Neutralstellung mit sinnbildlicher Darstellung der übrigen Servolenkanlage,

F i g. 2 das gleiche Steuerventil wie in F i g. 1 in Auslenkstellung,

Fig.3 ein mechanisch betätigbares Steuerventil in Neutralstellung,

Fig.4 da. gleiche Steuerventil wie in Fig.3 in Auslenkstellung.

Ein hydraulisch betätigbares Steuerventil ist mit 1, ein mechanisch betätigbares Steuerventil ist mit Γ bezeichnet. Die übrige Servolenkanlage mit Zuschalteinrichtung besteht aus einer Steuerpumpe 2, einer Servopumpe 3. einem Behälter 4, einem Servomotor 5, einem zuscha'tbaren Servomotor 6, kurz Zuschaltmotor genannt, einem Nachsaugventil 7, einer Zulaufleitung 8 und einer Rücklaufleitung 9. In einem Gehäuse 10 bzw. 10' ist das Steuerventil i bzw. Γ untergebracht. Das Steuerventil 1 besteht aus einem Steuerschieber 11. der von zwei Zentrierfedern i2 und 13 in einer mittigen Lage gehalten wird. Der Steuerschieber 11 besitzt fünf Steuernuten 14, 15, 16, 17 und 18, von denen die Steuernut 15 bzw. 17 eine radiale Bohrung 38 bzw. 39 aufweist. Ferner besitzt das Steuerventil 1 elf symmetrisch angeordnete Gehäusenuten 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26,27,28 und 29. Von diesen sind die Gehäusenuten 21 und 27 durch einen Zulaufkanal 50 miteinander verbunden, während die Gehäusenuten 19, 24 und 29 durch einen Rücklaufkanal 31 vereinigt werden. Die eine Seite der Steuerpumpe 2 ist über eine Leitung 32 mil der Gehäusenut 22, die andere Seite über eine Leitung 33 mit der Gehäusenut 26 verbunden. Der eine Druckraum des Ssivomotors 5 ist über eine Leitung 34 an die Gehäusenut 23, der andere Druckraum über eine Leitung 35 an die Gehäuiinut 25 angeschlossen. Ferner ist der eine Druckrauni des ZuschaltmotorE 6 über eine Leitung 36 an die Gehäusenut 20, der andere Druckrauin über eine Leitung 37 an die Gehäusenut 28 angeschlossen. Eine axiale Bohrung 40 verbindet die radiale· Bohrung 38 des Steuerschiebers 11 mit einem Stirnraum 42, während eine axiale Bohrung 41 den in der radialen Bohrung 39 herrschenden Druck auf einen Stirnraum 43 überträgt

Dagegen besteht bei dem zweiten Ausführungsbeispiel das mechanisch betätigbare Steuerventil Γ aus zwei gegenläufig angeordneten Steuerschiebern, nämlich aus einem Vorsteuerschieber 44 und aus einem Umsteuerschieber 45, die jeweils durch einen Mitnehmerzapfen 46 bzw. 47 in Abhängigkeit von der Drehung am Lenkhandrad mechanisch verstellt werden. Der Vorsteuerschieber 44 weist zwei Steuernuten 48 und 49 auf, die mit fünf Gehäusenuten 50, 51, 52, 53 und 54 zusammenwirken, während der Umsteuerschieber 45 drei Steuernuten 55, 56 und 57 aufweist, die mit sieben Gehäusenuten 58,59,60,61,62,63 und 64 die Steuerung des Druckmittels besorgen. Die Zentrierung des Steuerventils 1' erfolgt über die at> den Enden des Umsteuerschiebers 45 angeordneten Zentrierfedern 12' und 13'. Drei Kanäle 65, 66 und 67 stellen die Verbindung zwischen dem Vorsteuerschieber 44 und dem Umsteuerschieber 45 her, und zwar verbindet der Kanal b5 die Gehäusenuten 50 und 58, der Kanal 66 die Gehäusenuten 52 tnd 61 und der Kanal 67 die Gehäusenuten 54 und 64 miteinander.

In Neutralstellung bilden Steuernuten und Gehäusenuten Ringspalte, die den drucklosen Durchlauf des Hydraulikmittels ermöglichen. Um beim Beginn einer Lenkbewegung den Förderdruck der Servopumpe 3 in Abhängigkeit von der Axialbewegung des Steuerschie-

ji bers 11 bzw. 45 anzuregein, sind die die Ringspalte bildenden Steuerkanten wenigstens zur Hälfte mit Fasen versehen.

Bei neutraler Lenkstellung des hydraulisch betätigbaren Steuerventil« 1 (Fig. 1) strömt das von der Servopumpe 3 geförderte Druckmittel über die Zulaufleitung 8 in den Zulaufkanal 30 im Gehäuse 10, der das Druckmittel den Gehäusenuten 21 und 27 zuleitet. Von hier gelangt das Druckmittel über die Steuernuten 14 und 18 in die an den Rücklaufkanal 31 angeschlossenen Gehäusenuten 19 und 29 und über die Rücklaufleitung 9 drucklos in den Behälter 4 zurück, der mit der Saugseite der Servopumpe 3 verbunden ist. Dabei ist in Neutralstellung der Zuschaltmotor 6 über die Leitungen 36 und 37 und über die Gehäusenuten 20

so und 28 an die Rücklaufleitung 9 angeschlossen, während der Servomotor 5 durch die Steuerpumpe 2 hydraulisch blockiert wird.

Bei einer durch das Lenkhandrad eingeleiteten Drehbewegung der Steuerpumpe 2, beispielsweise nach links, wie der Drehpfeil zeigt (F i g. 2), wird an dieser ein Differenzdruck erzeugt, der den Steuerschicher 11 nach rechts in Pfeilrichtung-gegen die Kraft der Zentrierfeder 13 verstellt, da dir Differenzdruck in an sich bekannter Weise über die Bohrungen 38, 40 und 39, 41 in die

bo Stirnräume 42 i.,id 43 übertragen wird. Mit der Verstellung des Steuerschiebers 11 wird der freie Druckmitteldiirchlauf über die einen angefastcn Steuer kamen immer mehr gedrosselt, und im gleichen MaLW wird über die anderen angefasten Steiierkanlen il;is Druckmittel unter Druckaufbau dem Scrvo\\Mem zugesteuert. Hierbei wird der in den Zulniifkiiiial M) gelangende Hochdruckolstrom geteilt. Der eine Teil gelangt über die Gehäusenut 27, die Steucrmil 17 inul

die Gehäusenut 26 in die zur Steuerpumpe 2 führende Leitung 33. Die .Steuerpumpe 2 dosiert diesen ersten Teilstrom unter geringer Druckerhöhung dem Lenkvorgang entsprechend und steuert ihn über die Leitung 32, die Gehäusenut 22. die Steuernut 15. die Gehäusenut 23 und über die Leitung 34 dem linken Druckraum des Servomotors 5 zu, während das Druckmittel aus dem rechten Druckraum über die Leitung 35. die Gehäiisenui 25. die Steuernut 16, die Gehäusenut 24. den Rücklaufkanal 31 und die Rücklaufleitung 9 in den Behälter 4 verdrängt wird.

Gleichzeitig wird der restliche Teil des von der Servopumpe geförderten Hochdruckölstromes im Zulaufkanal 30 der Gehäusenut 21 zugeführt, von wo er über die Steuernut 14. die Gehäusenut 20 und über die Leitung 36 in den linken Druckraum des Zuschaltmotors 6 gelangt, während das Druckmittel aus dem rechten Druckraum über die Leitung 37, die Gehäusenui 28. die Steuernut 18, die Gehäusenut 29, den Rücklaufkanal 31 und die Rücklaufleitung 9 in den Behälter 4 verdrängt wird.

Da die Bewegungen des Servomotors 5 und des Zuschaltmotors 6 über die Spurstange der gelenkten Fahrzeugräder synchronisiert sind, so bewirkt ein Vorbzw. Nacheilen des Zuschaltmotors 6 über den Steuermotor 5 eine Verminderung bzw. Erhöhung des Differenzdruckes an der Steuerpumpe 2 und damit zwischen den Stirnflächen des Steuerschiebers 11, wodurch dieser durch eine entsprechende Reaktionsbewegung eine Korrektur der Druckeinregelung bewirkt.

Für das Lenken in die entgegengesetzte Richtung gilt das Entsprechende.

Bei Ausfall der Servopumpe 3 wird das Druckmittel über das Nachsaugventil 7 und die Zulaufleitung 8 dem Steuerventil 1 bzw. Γ durch den an der Steuerpumpe 2 erzeugten Differenzdruck zugeführt, der auch im Servomotor 5 wirksam ist.

Bei der zweiten Ausführungsform (F i g. 3 und 4) mit dem in Abhängigkeit von der Drehung am Lenkhandrad durch die Mitnehmerzapfen 46 und 47 mechanisch betätigbaren Steuerventil Γ strömt bei neutraler Lenkstellung das von der Servopumpe 3 geförderte Druckmittel über die Zulaufleitung 8, die Gehäusenuten 50 und 54. die Steuernuten 48 und 49 des Vorsteuerschiebers 44. die Gehäusenut 52, den Kanal 66. die Gehäusenut 61 und die Rücklaufleitung 9 drucklos in den Behälter 4 zurück, der wieder mit der Saugseile der Servopumpe 3 verbunden ist.

Bei einer durch das Lenkhandrad eingeleiteten Drehbewegung der Steuerpumpe 2. beispielsweise > wieder nach links, werden die beiden Mitnehnier/apfen 46 und 47 im Uhrzeigersinn verstellt, so dal! der Vorsteuerschieber 44 nach links, der Unisteuerschieber 45 nach rechts verschoben wird. Damit wird gleichzeitig der freie Druckmitteldurchlauf über die einen angefa-κι stcn .Steuerkanten immer mehr gedrosselt, und im gleichen Maße wird über die anderen angefaßten Steuerkanten das Druckmittel unter Druckaufbau durch die Servopumpe 3 dem Servomotor 5 und dem Zuschaltmotor 6 zugesteuert. Hierbei wird der von der r> Servopumpe 3 kommende Hochdruckölstrom über die Zulaufleitung 8 den beiden Gehäusenuten 50 und 54 zugeleitet und geteilt. Der eine Teil strömt von der Gehäusenut 54 über den Kanal 67. die Gehäusenut 64, die Steuernut 57. die Gehäusenut 63 und über die .'η Leitung 33 der Saugseite der Steuerpumpe 2 zu. durch die in üblicher Weise die Dosierung erfolgt. Dieser erste Teilstrom fließt weiter über die Leitung 32, die Gehäusenut 59, die Steuernut 55, die Gehäusenut 60 und über die Leitung 34 dem linken Druckraum des r. Servomotors 5 zu. während das Druckmittel aus dem rechten Druckraum über die Leitung 35, die Gehäusenui 62. die Steuernut 56. die Gehäusenut 61 und die RückUufleitung 9 in den Behälter 4 verdrängt wird.

Gleichzeitig strömt der restliche Teil des Hochdruck-

in mittels von der Gehäusenut 50, über die Steuernut 48, die Gehäusenut 51 und die Leitung 36 in den linken Druckraum des Zuschaltmotors 6 und unterstützt damit die Lenkarbeit des Servomotors 5. Das aus dem rechten Druckraum verdrängte drucklose öl gelangt über die

r> Leitung 37. die Gehäusenut 53, die Steuernut 49. die Gehäusenut 52, den Kanal 66, die Gehäusenut 61 und die Rücklaufleitung 9 in den Behälter 4 zurück.

Für das Lenken in die entgegengesetzte Richtung gilt das Entsprechende.

w Auch in bezug auf die Synchronisation von Servomotor 5 und Zuschaltmotor 6 und die Korrektur der Druckeinregelung, ebenso wie bei Ausfall der Servopumpe 2 gilt für diese zweite Ausführungsform das gleiche wie das für die erste Ausführungsform ■n Angegebene.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Servolenkeinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit hydrostatischer Lenkkraftübertragung, mit einer Servopumpe, mit einer als Dosiereinrichtung wirkenden Steuerpumpe, mit einem hydraulisch bzw. mechanisch betätigbaren Steuerventil und mit mehreren Servomotoren, dadurch gekennzeichnet, daß das einzige Steuerventil zwei hydraulisch miteinander verknüpfte Systeme von symmetrisch zueinander angeordneten Steuernuten aufweist, von denen durch das erste System von Steuernuten (14,15,16,19,21,22,23,24 und 16, 17,18,24,25,26, 27,29 bzw. 48,50,52,55,56,58,59, 60,61 und 49,52,54,56,57,61,62,63,64) ein Teil des von der Servopumpe (3) geförderten Hochdruckölstromes über die Steuerpumpe (2) einem bzw. mehreren Servomotoren (5) zusteuerbar ist und durch das zweite System von Steuernuten (14,19,20, 21 und 18,27,28,29 bzw. 48,50,51,52 und 49,52,53, 54) gleichzeitig der restliche Teil des Hochdruckölstromes unter Umgehung der Steuerpumpe (2) einem bzw. mehreren Zuschaltmotoren (6) zusteuerbar ist, wobei beide Teilströme unter einem von dem zweiten System von Steuernuten geregelten Druck stehen.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten System von Steuernuten mit dem Zuschaltmotor (6) verbundene Steuernuten (20, 28 bzw. 51, 53) jeweils zwischen einer mit der Servopumpe (3) verbundenen Steuernut (21,27 biw. 50,54) und einer mit einem Behälter (4) verbundenen Steuernut (19, 29 bzw. 52) angeordnet s..id.