DE1755978A1 - Servolenkeinrichtung fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

ÜK.ING.K.WUESTIIOFF β^Ρϊ^Οβ⁸¹* ^9O

DIPL. ING. G. PULS schweigj-RSTRASSE a

DH.B.V.PECHMANK 1755978 τκίτοχ itOHl

I)It. ING. D. BKIIRKNH VV tklkobammadi««88k> PATKNTANWILT! Ρ.ΟΤ.ΟΤΡΛΤ.ΚΤ „CC««

1A-34 874

Beschreibung zu der Patentanmeldung

ARTHUR ERNEST BISHOP, Birmingham, Michigan 48009» U.S.A.

betreffend
Servolenkeinrichtung für Fahrzeuge.

Die Verwendung kraftbetätigter Lenkeinrichtungen hat sich auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugindustrie in großem Umfang eingeführt. In neuerer Zeit wird ein so hoher Prozentsatz der hergestellten Kraftfahrzeuge mit kraftbetätigten Lenkeinrichtungen Tdzwβ sogenannten Servolenkungen ausgerüstet, daß man derartige Einrichtungen nicht mehr lediglich als einem Luxusbedürfnis entsprechend betrachten kann_e Die zusätzlichen Kosten, die sich aus der Verwendung einer Servolenkung im Vergleichi-zu mit der Hand zu betätigenden Lenkeinrichtungen ergeben, haben dazu geführt, daß die einzelnen Faktoren sorgfältig untersucht wurden, die zu den höheren Kosten von Servolenkungen führen. Außerdem wurde viel Mühe aufgewendet, um eine vollständig betriebssichere Servolenkung zu entwickeln, bei der die Betriebsfähigkeit der Lenkung auch dann nicht gefährdet wird, wenn der Motor des Kraftfahrzeugs versagt und/oder wenn eine Überlastung von Teilen der Lenkung eintritt.

Die Untersuchung der Bestandteile einer kraftbetätigten Lenkeinrichtung, nämlich des den Lenkvorgang steuernden Ventils,

109883/03 5 3

BAD ORIGINAL

der hydraulischen Pumpe und des hydraulischen IJotors, der durch das Lenkventil gesteuert wird, hat zu dem Ergebnis geführt, daß eine Erhöhung der iörderleistung der Pumpe erforderlich ist, damit ein einv/andfreier Betrieb auch bei stärkster Beanspruchung der Lenkeinrichtung gewährleistet ist. Da in neuerer Zeit manche Kraftfahrzeugfdirmen die Verwendung von Servolenkungen eingeführt haben, die mit einem variablen Übersetzungsverhältnis arbeiten, und bei denen sich die Lenkkräfte bzw· Belastungen insbesondere beim Parken des Fahrzeugs erheblich vergrößern, ist es auch aus diesem Grund erforderlich, der Servolenkung eine Pumpe von erhöhter Leistung zuzuordnen. Jedoch ist es bis jetzt nicht möglich, einen gefahrlosen und nur eine geringe Anstrengung erfordernden Betrieb des Fahrzeugs für den Fall zu gewährleisten, daß der Motor oder eine sonstige Energiequelle für die hydraulische Pumpe der Servolenkung außer Betrieb oder abgekuppelt worden ist. Alle bis jetzt bekannt gewordenen Vorschläge führen zu einer erheblichen Erhöhung der Kosten der Servolenkung, und soweit bekannt, befriedigt keine der bis jetzt vorgeschlagenen Konstruktionen die gestellten Forderungen, d.h. keine bekannte Vorrichtung führt zu einer Verringerung der Kosten und zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit·

Die Erfindung sieht nunmehr eine kraftbetätigte Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge vor, bei der die Lenkung auch in Notfällen, z.B. dann betätigt werden kann, wenn sich der Motor außer Betrieb befindet. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein Hochdruckakkumulator verwendet, der einen Behälter umfaßt, in dem sich ein unter einem hohen Druck stehender Vorrat der

109883/0353

λ ,-. BAOORWHNAL

hydraulischen Flüssigkeit befindet. Während des normalen Betriebs ist der Druckakkumulator gegenüber dem Lenkmotor durch ein normalerweise geschlossenes Ventil abgesperrt, so daß die Durchführung eines normalen Lenkvorgangs nicht dazu führt, daß das unter Druck stehende Öl aus dem Akkumulator entnommen wird. Y/ährend der normalen Lenkvorgänge, die mit Hilfe eines in seiner mittleren Stellung offenen (open-center) Vierwege-Lenkventils

ausgeführt werden, das auf das Lenkdrehmoment anspricht, welches auf das Lenkrad aufgebracht wird, bleibt das normalerweise geschlossene AKKumulatorventil geschlossen. Für den Fall jedoch, daß auf das Lenkrad ein Lenkdrehmoment aufgebracht wird, das größer ist als das Drehmoment, welches erforderlich ist, um das Vierwegeventil entsprechend seiner Konstruktion maximal zu

is.t
öffnen, %?%.%& gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, mittels deren das geschlossene Akkumulatorventil geöffnet wird, so daß die in dem Akkumulator unter einem hohen -^ruck stehende Flüssigkeit auf den Servo-Lenkmotor wirkt. Da die unter Druck stehende Flüssigkeit, wie schon erwähnt, dem Lenkmotor aus dem Akkumulator nur dann zugeführt wird, wenn ein normalerweise geschlossenes Ventil geöffnet gehalten wird, tritt ein JJruckverlust in dem Akkumulator nur dann ein, wenn das Ventil in cfer erwähnten Weise geöffnet gehalten wird. Da ferner die dem Akkumulator entnommene Druckflüssigkeit bewirkt, daß lenkbare Räder

.geschlossene verstellt werden, und da das in seiner mittleren Stellung / (closed center) Akkumulatorventil auf ähnliche Weise durch das Lenkrad betätigt wird und auf die Stellung der lenkbaren Räder anspricht,- bewirkt die Entnahme von Druckflüssigkeit aus dem Akkumulator, daß das normalerweise geschlossene Ventil wieder

109883/0353

geschlossen wird. In der Praxis hat es sich somit gezeigt, daß man nur sehr kleine Mengen der Druckflüssigkeit aus dem Akkumulator zu entnehmen braucht, um eine ausreichende Energiemenge bei einer ungewöhnlich hohen Belastung zur Verfügung zu haben, oder um alternativ Energie dann zur Verfügung zu haben, wenn sich das auf bekannte Weise ausgebildete Servolenksystem* außer Betrieb befindet, da der Motor versagt hat, oder da der Pumpenantriebsriemen gerissen ist, oder da eine von mehreren anderen möglichen Störungen aufgetreten ist.

Bei dem Akkumulatorventil, das bei der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung verwendet wird, handelt es sich um ein mit relativ geringen Kosten herstellbares Ventil, denn bei diesem Ventil ist es nicht erforderlich, eine Rückkoppelung vorzusehen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Akkumulator mit dem Servolenkmotor nur verbunden ist, wenn ein maximales Drehmoment auf den Kranz des Lenkrades aufgebracht wird; hierbei handelt es sich um einen Betriebszustand, bei dem es auf die Feinheit des Gefühls zur zweckmäßigen Betätigung des Ventils nicht ankommt.

Bekanntlich ist es möglich, eine hydraulische Pumpe, die mit einem mäßigen Druck, jedoch mit einer hohen Förderleistung arbeitet, mit relativ geringen Kosten herzustellen, derartige Pumpen erzeugen keine unerwünschten bzw. störenden Geräusche, und sie ermöglichen es, das hydraulische Medium für die Lenkeinrichtung in einer solchen Menge und unter einem solchen Druck zu fördern, daß nahezu allen Anforderungen entsprochen werden kann, die an Servolenkungen gestellt werden können. Allerdings erfüllen solche Pumpen nicht alle zu stellenden

109883/0353

BAO ORIGINAL

Forderungen, und dafür ist es allgemein üblich geworden, unter Aufwand erheblich höherer Kosten Servolenkungspumpen mit einer höheren Förderleistung und einem vergleichsweise höheren Förderdruck zu verwenden. Es wird angenommen, daß solche Hochdruckpumpen mit großer Förderleistung erforderlich sind, damit beim Betrieb des Fahrzeugs eine ausreichende Sicherheit gegeben ist, und um jede Möglichkeit auszuschließen, daß der Benutzer des Fahrzeugs eine Überbeanspruchung der Pumpe herbeiführt, Wenn z.B. die Förderleistung und der Förderdruck der Servolenkungspumpe nicht ausreichen, um eine bestimmte Drehung des Lenkrades herbeizuführen, dreht der Benutzer das Lenkrad bis zu dem Punkt, an welchem die maximale Förderleistung der Pumpe zur Betätigung der Lenkvorrichtung verwendet wirdj versucht der Fahrer, das Lenkrad über diesen Punkt hinaus zu drehen, arbeitet die Lenkvorrichtung praktisch so, als ob sie zu 100$ mit der Hand betätigt würde. In der Praxis ergibt sich für den Fahrer bezüglich des Lenkungswiderstandes ein Punkt, jenseits dessen jede zusätzlich aufgebrachte Lenkkraft im wesentlichen augenblicklich wirkungslos wird, so daß keine weitere Lenkbewegung herbeigeführt wird. In diesem Fall hat der Fahrer die Pumpe praktisch "überholt". Bei in.neuerer ^eit durchgeführten Fahrversuchen hat es sich gezeigt, daß bei Manövern zum Vermeiden des Auftreffens auf Hindernisse die Verwendung einer Servolenkungapumpe, die nicht geeignet ist, die gesamte Menge der hydraulischen Druckflüssigkeit zu liefern, welche das Lenkventil benötigt, zu einer Gefährdung des Fahrzeugs führt, d.h. daß es dem Fahrer nicht mehr möglich ist, die Lenkung in der gewünschten Weiae zu betätigen. Es wird allgemein als wichtig betrachtet, daß der

109883/0353

Fahrer des Fahrzeugs die Pumpe in der beschriebenen weise überholt, und daher ist es unter Bestimmten Umständen z.B. bei einem großen Fahrzeuggewicht usw., üblich, kostspielige Pumpen mit einer hohen Förderleistung vorzusehen.

Allerdings zeigt es sich, daß die naheliegende Lösung, die darin besteht, eine Hochdruckpumpe mit hoher Förderleistung zu verwenden, insgesamt nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt. Die Schwierigkeiten, die sich ergeben, wenn man versucht, eine Pumpe mit großer Förderleistung zu schaffen, die bei hohem

™ Druck arbeitet, erweisen sich als sehr groß. Es hat sich gezeigt, daß Hochdruckpumpen mit hoher Förderleistung sehr starke Geräusche erzeugen, und daß die Schaffung einer einwandfrei und geräuscharm arbeitenden Hochdruckpumpe mit hoher Förderleistung zu sehr erheblichen zusätzlichen Kosten führt. Außerdem ergibt sich bei der Verwendung solcher größerer Pumpen eine weitere Schwierigkeit daraus, daß sich eine solche Pumpe bei hohen Drehzahlen überhitzen kann, und daß sie zum Antrieb ein Drehmoment benötigt, daß im Vergleich zur Leistung des Motors zu groß ist.

h Die Erfindung ermöglicht es nunmehr, diese zu hohen Kosten beitragenden Faktoren dadurch auszuschalten, daß sie eine auf bekannte Weise ausgebildete Lenkpumpe von mäßiger Förderleistung in Kombination mit einem Akkumulator und einer Vorrichtung vorsieht, mittels deren der Akkumulator nach Bedarf nachgefüllt werden kann. Gemäß der Erfindung arbeitet die Vorrichtung zum Nachfüllen des Akkumulators entgegen einem Druckgefälle, und daher verbraucht die Vorrichtung einen Teil des Motordrehmoments nur während der Zeitspannen, während welcher der Akkumulator

109883/0353

BAD ORIGINAL

nachgefüllt wird, sowie dann, wenn ein maximales Lenkdrehmoment aufgebracht werden muß. Die Kosten eines kleinen hydraulischen Akkumulators und eines geeigneten iTacnlüllvenxild oder einer Hochdruckpumpe mit kleiner Förderleistung in Kombination mit der gebräuchlichen Pumpe mit einer mittleren Förderleistung sind niedriger als die Kosten der bis jetzt bekannten Einrichtungen mit Hochdruckpumpen, die den höheren Anforderungen entsprechen, welche neuerdings bezüglich solcher Servolenkeinrichtungen gestellt werden. In der Praxis ist es sogar möglich, die normalerweise vorhandene Schmierstoffpumpe des Fahrzeugmotors zu benutzen, um eine Lenkeinrichtung zu betätigen, die schon auf einen relativ niedrigen Druck anspricht; auf diese ,leise erhält man eine im wesentlichen völlig betriebssichere und außerordentlich billige Quelle für die Lenkflüssigkeit, die unter einem ausreichenden Druck gefördert wird.

In der Praxis hat es sich gezeigt, daß es mit Hilfe einer normalen, mit einer mäßigen Förderleistung und einem mäßigen Förderdruck arbeitenden Pumpe, deren Förderleistung etwa 6 bis etwa 9,5 Itr/min beträgt, bei einer Lenkgetriebeübersetzung in der Größenordnung von 20:1 ermöglicht, das Lenkrad in jeder Sekunde etwa eine vollständige Umdrehung ausführen zu lassen. Dies genügt für den liormalfall, doch es besteht die Gefahr, daß eine solche Anordnung dann nicht ausreicht, wenn eine schnelle Y/irkung erzeugt werden soll, z.B. bei Ausweichmanövern; ferner genügt diese Anordnung nicht, um den hohen Ansprüchen zu entsprechen, die beim Parken eines Fahrzeugs in Frage kommen. Die Verwendung einer Pumpe, deren Förderleistung den Vfert von etwa

109883/0353

9,5 ltr/min überschreitet, und die einen ausreichenden Förderdruck erzeugt, so daß das Lenkrad schneller gedreht werden kann, ftihrt zu einer erheblichen Kostensteigerung, und es hat sich ferner gezeigt, daß solche Pumpen dem Fahrzeugmotor eine solche Leistung entnehmen, daß der Motor beim Betrieb mit niedriger Drehzahl, z.B. beim Parken, zum Stillstand gebracht wird. Gemäß der Erfindung kann man eine Pumpe bekannter Art mit einer Förderleistung in der Größenordnung von etwa 9,5 ltr/min verwenden, um eine Servolenkeinrichtung zu betätigen, wobei auf den Kranz des Handrades maxiamal nur eine Kraft von etwa 1,4 kg aufgebracht zu werden braucht. Wenn die mit der Hand aufgebrachte Kraft bewirkt, daß die Pumpe Überholt wird, würde man mit der Hand eine erheblich größere Kraft aufbringen müssen, um eine weitere Drehung des Lenkrades zu bewirken, doch ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen zusätzlichen, normalerweise geschlossenen Ventils möglich, daß beim Erreichen einer größeren Handkraft von z.B. etwa 2,3 kg am Kranz des Lenkrades sich das normalerweise * geschlossene Ventil öffnet und die auszuführende Bewegung zusätzlich unterstützt. Wenn der Motor stehen bleibt, bzw. wenn keine Antriebsenergie zur Verfügung steht,würde eine mit der Hand herbeigeführte Bewegung des Lenkrades durch Aufbringen einer Kraft von etwa 2,3 kg bewirken, daß sich das normalerweise geschlossene Ventil öffnet, um den akkumulator mit dem Servolenkungsmotor zu verbinden, so daß das Drehen des Lenkrades unterstützt wird, bis in dem Akkumulator kein Oberdruck mehr besteht. Gemäß der Erfindung ist dadurch für einen gefäarlosen Betrieb gesorgt, daß eine größere Handkraft aufgebracht werden muß, um die Servokraft verfügbar zu machen, und daher wird durch

109883/0353

die Notwendigkeit des Aufbringens einer solchen stärkeren Handkraft angezeigt, daß die Lenkung ungewöhnlich stark beansprucht wird, oder dass das lenkrad mit hoher G-eschwindigkeit gedreht wird} wenn keine dieser beiden Bedingungen erfüllt ist, zeigt der erwähnte Betriebszustand an, daß die Antriebskraft ausgefallen ist, so daß der Fahrer das fahrzeug zur Instandsetzung aus dem Verkehr ziehen muß_e

Die vorstehend beschriebene Anordnung, bei der eine Versorgung mit einer größeren Ölmenge gewährleistet ist, die unter hohem Druck steht, bietet unabhängig von der Art und Weise, in der der Akkumulator nachgefüllt wird, zahlreiche Vorteile. Die Erfindung sieht mehrere Vorrichtungen vor, die ein Nachfüllen des Akkumulators ermöglichen. Hierzu kann eine zeitweilige Umleitung des unter Druck stehenden Fludes gehören, das durch die auf bekannte Weise ausgebildete Servolenkungspumpe gefördert wird, die geeignet ist, bei einer mäßigen oder niedrigen Förderleistung einen relativ hohen Druck zu erzeugen, ferner die Verwendung einer gesonderten Hochdruckquelle, die nach Bedarf an den Akkumulator angeschlossen werden kann, oder die alternativ unter vorbestimmten Bedingungen ohne das Vorhandensein eines Befehls angeschlossen wird, z,B. sofort nach dem Anlassen des Motors.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Servolenkeinrichtung zu schaffen, die auf zweifache Weise betrieben werden kann und Ventile umfaßt, die in ihrer Mittelstellung offen bzw. geschlossen sind.

109883/0353

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines vereinfachten Lenksystems, das aus Gründen der Sicherheit das Ausfallen der Energiequelle anzeigt, und das gleichzeitig so ausgebildet ist, daß eine Energiereserve für Notfälle zur Verfugung steht, damit die Lenkung betätigt werden kann·

Ferner sieht die Erfindung eine mit geringen Kosten herstellbare Servolenkeinrichtung vor, die während der normalen
Fahrt nach dem Servoprinzip arbeitet, dal der jedoch eine Energiereserve für den Fall zur Verfugung steht, daß eine hohe Beanspruchung der Lenkvorrichtung erforderlich ist, beispielsv/eise beim Parken oder dem schnellen Ausweichen vor Hindernissen«

Weiterhin sieht die Erfindung die Verwendung eines ständig unter einem hohen Druck stehenden Akkumulators vor, in dem für Notfälle ein unter hohem Druck stehendes Flud gespeichert ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Verwendung einer auf bekannte V/eise ausgebildeten, mit einer relativ niedrigen Förderleistung und hohem Druck arbeitenden Servolenkungspumpe, mittels deren ein Akkumulator nachgefüllt wird, während nur eine geringe Energiemenge verbraucht wird, so daß
kirzzeitig bei einer starken Beanspruchung der Lenkvorrichtung eine hohe Leistung zur Verfugung steht·

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer
Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert,

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Servolenkeinrichtung nach der Erfindung,

109883/0353

BAP ORIGINAL

Pig. 2 zeigt in einem vergrößerten Teilschnitt das normalerweise geschlossene Ventil der Einrichtung.

JJ¹ ig. ''j zeigt in einem Teilschnitt das Nachfüllventil in seiner Stellung zum Nachfüllen des Akkumulators.

Fig. 4 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem Betrieb bei geöffneter Mittelstellung und dem Betrieb beim geschlossenen Zustand des normalerweise geschlossenen Ventils.

Fig. 5 ist ein Teilschnitt längs der linie V-V in Fig. 2.

Fig. Ϊ?Α ist ein Teilschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1.

Fig. 6 ist ein Teilschnitt längs der Linie V-V in Fig. 2, bei dem die gezeigten Teile gegenüber der Darstellung in Fig. 5 um einen kleinen Betrag gedreht worden sind.

Fig. 6A ist ein Teilschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1 und zeigt die betreffenden Teile nach einer weiteren Verlagerung gegenüber der Stellung nach Fig. 5.

Fig. 6b ist ein Teilschnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1 und zeigt die dargestellten Teile wiederum nach einer Verlagerung gegenüber der aus Fig. 5A ersichtlichen Stellung.

Fig. 7 ist ein Teilschnitt längs der Linie V-V in Fig. 2 und zeigt die Teile nach einer noch stärkeren Verlagerung ge&en über den in Fig. 5 und 6 gezeigten Stellungen.

109883/0353

Fig. 7A ist ein Teilschnitt längs der Mnie VI-VI im Fig. 1, bei dem die gezeigten Teile gegenüber den aus Fig., 5ä und 6A ersichtlichen Stellungen noch weiter verlagert worden sind·

Fig. 8 ist .eine schematische Darstellung; einer weiteren. Ausführungsform der erfindungsgemäßeii üervalenkeinrichttiHg nach Fig. 1 und veranschaulicht die Benoitsung der Ölpumpe des iiotors zum Erhöhen des Öldrucks.

Fig. 9 zeigt in einem vergrößerten Längsschnitt das bei der Einrichtung nach Fig. 8 verwendete Umgehungsventil·

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Servolenkeinrichtung, bei der der Akkumulator auf eine einfachere Weise nachgefüllt werden kann.

Fig. 11 zeigt die Einrichtung nach Fig. 10 für den Fall, daß der Akkumulator nachgefüllt werden soll.

Wie schon erwähnt, sieht die Erfindung eine,, Grundkonstruktion vor, die auf zwei verschiedene V/eisen betrieben werden kann, um als hydraulische Lenkeinrichtung zu wirken. Die Servolenkvorgänge werden innerhalb des gesamten gewöhnlichen Bereichs der Belastung und unter normalen Bedingungen, bei denen die Servolenkungspumpe völlig ausreicht, mit Hilfe eines Vierwegeventils mit'offener Lüttelstellung bewirkt. Dies geht ohne weiteres aus Fig. 1 hervor, wo eine insgesamt mit 10 bezeichnete Lenkeinrichtung dargestellt ist, die eine auf bekannte Weise ausgebil-

109883/0353

BAD ORIGINAL

dete Welle 11 umfaßt, welche betriebsmäßig mit den nicht dargestellten lenkbaren Rädern verbunden ist und mit Hilfe einer Globoidschnecke 12 betätigt wird, die mit Bewegungsabnahmerollen 13 zusamaenarbeitet. Die Antriebskraft kann auf die ,VeIIe 11 mit Hilfe eines nicht dargestellten doppeltwirkenden hydraulischen iiotors übertragen werden, der auf beliebige bekannte Weise ausgebildet und vorzugsweise direkt mit der Kraftabgabewelle verbunden ist. Eine solche Anordnung ist z.B. in dem TJ.S.A.-Patent 2 S65 218 dargestellt. Bei einer solchen bekannten Anordnung icann man zweckmäßig ein Tierwege—Drehventil verwenden, wie es z.B. in dem U,S-A.-Patent 3 033 051 besehrieben ist; ^ dieses Ventil kann dazu dienen, die Druckflüssigkeit von einer auf bekannte tielse ausgebildeten, mit mäßiger Förderleistung arbeitenden Lenkpumpe aus, die bei 15 schematisch dargestellt ist, über einen ülinlaßkanal 17 einer Nut 18 einer Ventilbuchse

19 zuzuführen. Die Ventilbuchse 19 ist mit Hilfe eines Bolzens

20 drehfest mit der Globoidschnecke 12 verbunden, so daß zwischen diesen Teilen kein toter Gang auftritt, während das innere Bauteil 21 des Ventils von der Lenkwelle 9 aus direkt über ein Universalgelenk 22 und eine Keilverzahnungsverbindung an- _m getrieben wird. Die Globoidschnecke 12 wird über einen Torsionsstab 25 direct von dem inneren Ventilteil 21 aus über eine Keilverzahnungsverbindung 26 und eine feste Verbindung 27 angetrieben. Der Torsionsstab 25 ermöglicht eine elastische relative Drehbewegung zwischen dem inneren Ventilteil 21 und der Ventilbuchse innerhalb eines begrenzten Bereichs, der durch die mit einem toten Gang arbeitende Verbindung begrenzt wird, welche durch einen Bolzen 24 zwischen der Ventilbuchse 19 und dem

1 09883/0363

«Mt 1 Δ. mm

inneren Ventilteil 21 hergestellt wird.

Wie schon erwähnt, ist die allgemeine Arbeitsweise dieser Einrichtung bekannt, und diese Arbeitsweise ist auch aus Fig. 1, 5A und 6 ersichtlich. Gemäß Fig. t>A wird das hydraulische Druckmittel dem inneren Ventilteil 21 über einen in dein Buchsenteil 19 ausgebildeten Kanal 17a zugeführt, und wenn die Länkwelle 9 kein Drehmoment über den Torsionsstab 25 überträgt, befindet sich das Ventil ifc einer offenen !.litteHage, bei der das hydraulische Druckmittel einem Kanal 16 des inneren Ventilteils ^ oder Drehschiebers 21 zugeführt wird, von dem aus die Druckflüssigkeit in gleichen ilengen zu zwei Arbeitszylindernuten 30 und 31 strömt, die mit Kanälen 32 und 33 verbunden sind, welche zu den beiden Anschlüssen des Lenkmotors führen. Gleichzeitig

sind

waaxäoaai die Kanäle 30 und 31 durch Offnungen mit Sumpfnuten 34 und 35 verbunden, die ihrerseits mit einem stirnseitigen Raum 37 durch Kanäle 36 verbunden «acsüata, von denen aus über eine Leitung 38 eine Verbindung zu dem Sumpf besteht. Wird der Drehschieber 21 gemäß .Pig· 6A gegenüber dem Buchsenteil 19 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, kann das Druckmittel zu dem Zylin-P derkanal 31 strömen, während der Zylinderkanal 30 gegenüber der Druckmittelquelle abgesperrt und mit dem zu dem Sumpf führenden Kanal 34 verbunden wird· Wird jedoch der Drehschieber 21 im Uhrzeigersinne gegenüber dem Buchsenteil 19 gedreht, wird der Kanal 30 und über diesen der zu dem Betätigungszylinder führende Kanal 32 mit der Drucicmittelquelle verbunden· Das Ausmaß, in dem das Ventil geöffnet wird, und damit auch der Druckmitteldurchsatz, richtet sich nach der Relativbewegung zwischen dem

109883/0353

BAD ORIClINAt

Drehschieber 21 und dem Buchsenteil 19j diese Relativbewegung entspricht vorzugsweise einem auf mechanische Weise nachgeahmten Gefühl bzw. einem Widerstand, der durch den Torsionsstab aufgebracht wird. Während der normalen Bewegung des Drehschiebers 21 gegenüber dem Buchsenteil 19 bewirkt eine Drehung um etwa 3 » daß die Ventilöffnungen aus ihrer neutralen Stellung in ihre Stellung für die volle Leistung gebracht werden. Diese Tatsache isb in Fig. 4 graphisch dargestellt. Wenn der Torsionsstab 25 um 3° gedreht werden soll, um unter normalen Bedingungen den Betrieb bei voller Öffnung zu ermöglichen, ist es erforderlich, auf den Kranz des Lenkrades eine Kraft von etwa 1,4 kg aufzubringen. Wenn in dem Zeitpunkt, in welchem der Torsionsstab 25 in der dargestellten Weise um 3° gedreht worden ist, und wenn die volle Leistung der Servolenkpumpe nicht bewirkt hat, daß sich die Servolenkschnecke und damit auch das Buchsenteil 19 zusammen mit dem Drehschieber innerhalb dieses 3 umfassenden Bereichs bewegt hat, tritt eine Überlappung der Ventilöffnungen ein. Eine solche Überlappung spielt sich gerade in Fig.6A ab, wo der Drehschieber 21 in die Stellung für die volle Leistung gebracht worden ist. Gemäß Fig. 4 ist eine geringfügige Überlappung, die etwa 0,5° entspricht, vorgesehen, die eintritt, bevor eine weitere Betätigung des Ventils bewirkt wird. Während dieser Überlappung tritt am Kranz des Lenkrades eine um etwa 0,2 kg vergrößerte Kraft auf, ohne daß die Schnecke 12 in einem bemerkbaren Ausmaß zusätzlich gedreht wird. Eine weitere Winkelbewegung der Ventilteile wird dadurch hervorgerufen, daß eine zusätzliche Handkraft auf den Kranz des Lenkradesjaufgebracht wird; als Beispiel sei an Hand von Fig. 4 angenommen,

::/. _:! 109883/0353

daß eine zusätzliche relative drehbewegung um 5° stattfinden kann, die schlieBlich dazu führt, daß eine Kraft von etwa 4 kg auf den Kranz des Lenkrades aufgebracht wird« Diese Kraft über«- schreitet erheblich die normal· Servolenkkraft, und sie macht sich in Form einer sehr stark fühlbaren Vergrößerung der durch den Fahrer aufzubringenden Kraft bemerkbar« Am Ende des gemäß Fig. 4 5 umfassenden Bereiche macht die gesamte relative Drehbewegung etwa 8,5° ausι und jede weitere Relativbewegung zwischen den genannten Seilen wird durch die ait totem Gang arbeitende Verbindung verhindert, die durch den Bolzen 24 hergestellt wird. Jenseits diese· Punktes erfolgt !keine Drehbewegung zwischen dem Buchsenteil 19 und dem Drehschieber 21, und die Fläche 12 : wird direkt und mit der Hand über die Keilverzahnungsverbindung 25» den Drehschieber 21» den Bolzen 24« das Buchsenteil 19 und den Bolzen 20 angetrieben·

Innerhalb des in Fig. 4 gezeigten Bereichs, dar sich über eine Relativbewegung von 5° erstreckt und in Fig. 4 alt der Bezeichnung "Akkumulatorbetrieb* versehen ist, nehmen die Teile

des Ventils die in FIg* 7A gezeigte Stellung ein. Bei diesem Betriebszustand atröat das Druckmittel immer noch in seiner maximalen Menge von der Pumpe aus Über den Kanal 17a, die lut 16 und den Kanal 31 über die öffnung 33 zur einen Seite des Servolenkfflotors. Sine erhebliche Überlappung ergibt sich gemäß Fig bei 16a und bei 31a» so daj praktisob keine Undichtigkeit vorhanden istι die zu DruokmittelverluBten aus das Kreielauf der Servolenkpumpe führt. Während dieses Betriebszustand·* wird ein normalerweise geschlossen·· Akkumulator-Rückschlagventil 40,

109883/0353

BAD ORIGINAL

das in Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 dargestellt ist, geöffnet, ao daß der Akkumulator 41 mit dem Kanal 31 und dem Servolenkkanal 33 verbunden wird.

Die Wirkungsweise des Rückschlagventils 40 läßt sich an Hand von Fig. 1 verdeutlichen. Gemäß Pig. 1 ist der Akkumulator 41 durch einen Kanal 43 mit einer den Torsionsstab 25 umgebenden Zone 42 verbunden. In der Umgebung des Torsionsstabes 25 befindet sich somit Druckflüssigkeit, die unter dem in dem Akkumulator herrschenden Druck steht und auf die Ventilkugel 40 wirkt, die radaial gegen den Rückschlagventilsitz 44 gedrückt wird. Sobald die Ventilkugel 40 von ihrem Sitz abgehoben wird, kann die hydraulische Flüssigkeit, die unter dem in dem Akkumulator herrschenden Druck steht, gemäß Fig. 1 und 2 über eine H4»gKut 45 zu einem Kanal 16 strömen, wie es aus Pig. 1 und 2 ersichtlich ist, um die Flüssigkeitsmenge zu vergrößern, die von der Pumpe aus über die Öffnung 33 zu dem Lenkmotor strömt. Ein Rückschlagventil 46 ist in die Lenkpumpenleitung gemäß Fig. 1 eingeschaltet; dieses Ventil verhindert, daß die Druckflüssigkeit unter irgendwelchen Umständen zu der Pumpe zurückströmt, so daß dann, wenn die Pumpe betriebsunfähig ist und keine Druckflüssigkeit fördert, wenn die Teile 19 und 21 des Ventils eine Stellung einnehmen, bei der der Akkumulator zur Wirkung gebracht werden muß, der in dem Akkumulator herrschende Druck nicht über die Pumpe 15 ausgeglichen wird, sondern auf den Servolenkmotor wirkt· £f*mäß Fig· 5, 6 und 7 wird die normalerweise an ihrem Sitz anliegende Ventilkugel 40 während dea normalen Servolenkungsbetrieb in keinem Zeitpunkt von ihrem Sitz abgehoben, sondern

109883/0353

_BAD ORIGINAL

— ΙΟ-.""

sie wird nur durch eine !(leine Betätigungskugel 47 betätigt, wobald eine erhebliche Überlappung zwischen den Ventilteilen 19 und 21 eingetreten ist» wie es in Fig· 7 dargestellt ist. Die Betätigung der Kugel 47 wird durch die geneigten Rampen 48 der Betätigungsnut 49 bewirkt, die in einem Hing 19a ausgebildet ist, der seinerseits durch den Ring bzw· das Buchsenteil 19 unterstützt wird·

In der Praxis ist es erwünscht, daß der Akkumulator 41 zwischen seinem mit Flüssigkeit gefüllten Zustand und seiner normalen Mineestfüllung mit einer Verdrängung von etwa 330 cm arbeitet. Beispielsweise könnte ein für die Zwecke der Erfindung brauchbarer Akkumulator auf einen maximalen Druck von etwa ö8 atü gebracht werden, während der niedrigste Druck in dem Akkumulator etwa 49 atü beträgt. Unter den ungünstigsten Umständen, d.h. wenn die Servolenkpumpe 15 betriebsunfähig geworden ist und alle Lenkbewegungen mit Hilfe des Drucks in dem Akkumulator bewirkt werden, erfordert eine Bewegung des Lenkgetriebes aus der Stellung für die Geradeausfahrt bis zum größten Ausschlag der lenkbaren Räder eine Menge der hydraulischen flüssigkeit, die etwa 115 cm entspricht. Wenn sich das Fahrzeug in Fahrt befindet, während ein solcher lotfall eingetreten ist, würde die Rückführung der lenkbaren Räder normalerweise durch den bekannten Schwenkrolleneffekt herbeigeführt werden, so daß das Einschlagen der lenkbaren Räder in einer Richtung und die Rückführung in die Stellung für die Geradeausfanrt zu einem Verbrauch von etwa 115 car der Druckflüssigkeit führen könnte. Unter diesen Umständen würde ein Verdrängung^ Ionen des Akkumu—

109883/0353

BAD ORIGINAL

■χ

lators von etwa 330 cnr bewirken, daß «ine Druckflüssigkeitsmenge verfügbar ist, die auch unter den ungünstigsten Umständen für mehrere Lenkungsbetätigungen ausreicht. Natürlich ist zu bemerken_f daß dann, wenn lediglich eine Unterstützung der Lenkpumpe 15 erforderlich ist, eine solche Unterstützung dadurch bewirkt wird, daß dem Akkumulator nur eine sehr kleine zusätzliche Menge-des unter hohem Druck stehenden Öls entnommen wird, so daß die Benutzung des Akkumulators bei einer solchen Hilfsbetatigung, wie sie z.B. bei Ausweichmanövern erforderlich wird, nicht dazu führt, daß ein wesentlicher XeIl der in dem Akkumulator gespeicherten Energie verbraucht wird·

Bei der In Fig. 1 gezeigten Aueführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Pumpe 15 um eine auf bekannte Weise ausgebildete Servolenkpumpe, die mit einer mäßigen Förderleistung und einem mäßigen Druck arbeitet· Eine solche Pumpe, die sich mit geringen Kosten herstellen läßt, kann einen förderdruck in der Größenordnung von etwa 88 atü erzeugen, und ihre Förderleistung beträgt dann, wenn der Motor In Leerlauf arbeitet, etwa 9,5 ltr/min. Derartige Pumpen sind verhältnismäßig billig, wenn

man sie mit Hochleistungepumpen vergleicht, die bei einem ahnliehen maximalen Druck eine Förderleistung von etwa 19 ltr/min haben. Die Pumpe 15 braucht gewöhnlich nur einen Druck von etwa 2,8 kg/cm oder weniger zu liefern, um Lenkbewegungen des Fahrzeuge während der normalen Fahrt auf der Straße zu erzeugen, wenn nur minimale ienkkräfte auftreten. Man erkennt somit, daß der mögliche Förderdruck der Pumpe 15 den normalen Bedarf erheb-., lieh überschreitet, und außerdem ist ersichtlich, daß unter

109883/0353

gewöhnlichen Bedingungen die Förderleistung der Pumpe entsprechend erheblich höher iat, als es für die normale Betätigung der Lenkung erforderlich ist. Zusätzlich zu dem gebräuchlichen Strömungsregelventil 49» das dazu dient, überschüssiges öl bei Motordrehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl zurückzuleiten, ■ kann man ein automatisches Ventil benutzen, mittels dessen ein Teil der Förderleistung der Pumpe 15 abgezweigt wird, um den Akkumulator 41 zu füllen. Bei der in Fig. 1 und 3 dargestellten Einrichtung sind entsprechende Maßnahmen getroffen.

Gemäß Fig. 1 und 3 umfaßt das Ventil 50 einen Kolbenschieber 51 mit einem Endabschnitt 52 von großem Durchmesser und einem Endabschnitt 53 von kleinem Durchmesser. Der Flächeninhalt der Stirnfläche des dickeren Abschnitts 52 ist mit a, bezeichnet, die Querschnittsfläche des Schaftabschnitts des Kolbenschiebers 51 ist mit a« bezeichnet, und die wirksame Stirnfläche des dünneren Endabschnitte 53 ist mit a. bezeichnet. Eine Feder 55 wirkt auf eine gelochte Platte 56, um den Kolbenschieber 51 gemäß Fig. 1 und 3 nach rechts vorzuspannen} bei der gezeigten Stellung strömt das durch die Pumpe 15 geförderte f)rtickmittel über das Rückschlagventil 46 und die Leitung 46a sowie über einen Kanal 60^. eine Drossel 61 und einen Kanal 62 zu einer Ventilkammer 59. Bei diesem Betriebszustand wird das durch die Pumpe geförderte Druckmittel dem Akkumulator 41 über den Kanal 43a zugeführt. Gleichzeitig wird eine kleine Menge des -^rucköla von dem Kanal 46a aus einer Ventilkammer 57 über eine öffnung 58 und einen Umgehungskanal 62 zugeführt. Die Größe der Flächen a.., a« und a~ sowie die Federkonstante der Feder 55 sind so

109883/0353

i _ * BAD ORIGINAL,

gewählt, daß man ein abgeglichenes automatisch arbeitendes System zum Nachfüllen des Akkumulators erhält. Beim normalen Betrieb, bei dem der Akkumulator z.B. unter einem Druck von etwa 70 atü oder mehr gehalten wird, herrscht dieser Druck auch in der Ventilkammer 59. Bei der normalen Straßenfahrt herrscht in der Kammer 57 ein Druck von etwas weniger als etwa 2,8 atüjji wie es bereits weiter oben erwähnt wurde« Unter diesen Umständen ist die Kraft der Feder 55 so bemessen, daß die Feder nicht imstande ist, den Kolbenschieber in seiner rechten Stellung zu halten, so daß sich der Kolbenschieber 51 gemäß Fig. 1 nach links bewegt. Unter diesen Umständen wird die Summe des mit der Fläche amultiplizierten Drucks P in der Kammer 59 und des mit der Fläche (a, - a.) multiplizierten Drucks Pg ill der Kammer 57 größer sein als die Kraft der Feder 55; dies gilt für alle Werte des Drucks Pg, die auftreten können. Es sei bemerkt, daß der Druck Ρ« aucn dann nicnt unter einen Wert von etwa 1,4 atü zurückgeht, wenn sich das lenkventil 19» 21 der lenkeinrichtung genau in seiner mittleren Stellung befindet und das öl eine niedrige Viskosität aufweist.

Wenn infolge der Benutzung der Lenkeinrichtung der Druck in dem Akkumulator zurückgeht, wird sich bei einem vorbestimmten Wert des Drucks in der Kammer 59* der z.B. etwa gleich 50 atü ist, der Kolbenschieber 51 ganz nach rechts bewegen; in diesem Fall ist

^Pa ^{x a}1 ^{+ P}s ^x <^a3 - ^a2> ■ ^f

Hierin bezeichnet F die durch die Feder 55 aufgebrachte Kraft. Natürlich spielt sich diese Bewegung naoh rechts gewöhnlich dann ab, wenn sich der Druck in der Kammer 57 auf seinem kleinster

109883/0353

Wert befindet, oder anders ausgedruckt, wenn keine Lenkdrücke in dem Ventil 19» 21 erzeugt werden.

Unter den soeben genannten Bedingungen, d.h. wenn sich der Kolbenschieber 51 gemäß Fig. 3 nach rechts bewegt hat, teilt sich die Förderleistung der Pumpe bzw. die über die Leitung 46a zugeführte Fördermenge auf das Lenkgetriebe und den Akkumulator auf. Die Strömungrzu dem Lenkgetriebe über den Ventilkanal 17 wird durch die Drossel 61 und den Unterschied zwischen dem

Druck F in dem Kanal 46a und dem Druck P_ in der Kammer 57 be-P ^B

stimmt, und es ist dafür gesorgt, daß der Flüssigkeitsdurchsatz etwa 7»5 ltr/min beträgt, wenn der Unterschied zwischen P und P_ etwa 70 atü beträgt, so daß dann, wenn sich das Ventil öffnet, an der Drossel 61 ein Druckabfall von etwa 70 bis etwa 50 atü auftritt, wobei der Akkumulator mit einer mittleren Fördergeschwindigkeit von etwa 1,9 ltf/min aufgefüllt wird. Wenn man einen Akkumulator mit einem gesamten Fassungsvermögen von etwa 490 cm vorsieht, würde ein vollständiges Auffüllen des Akkumulators unter den gegebenen Umständen nur einige Sekunden erfordern· Wenn der Druck P_ in der Kammer 59 in Richtung auf den gewünschten höchsten Druck ansteigt, der gerade noch unter dem Öffnungsdruck der Pumpe 15 liegt, überwindet der auf die Fläche &2 wirkende Druck P_fi die Kraft F der Feder 55, so daß der Kolbenschieber 51 nach links bewegt wird} wenn dies geschieht, wird die gesamte Fördermenge der Pumpe 15 über den Kanal 17 dem Lenkventil 19» 21 zugeführt·

Da die -e'eder 55 eine kleine Federkonstante hat, kann sich der Kolbenschieber schnell nach links bewegen, sobald der Schwellwert erreicht worden ist. Wenn der Akkumulator gefüllt

109883/0353

> BAD ORIGINAL

bzw. aufgeladen ist, und wenn der Druck P_Q im wesentlichen gleich

dem Druck P ist, ist das Ventil daher bestrebt, eine Gleichgewichtsstellung einzunehmen, "bei der die die Drossel 61 passierende Strömung teilweise durch den geöffneten Keil des Kanals 58 an der Kante 52a des Kolbenschiebers umgeleitet wird. Der Kolbenschieber 61 würde sich unter diesen Umständen nicht weiter nach links bewegen, als es erforderlich ist, um eine Fördermenge von etwa 9»5 Itr/min durch die Öffnung 58 und die Drossel 62 zu leiten, wobei das Druckmittel unter dem in dem Akkumulator herrschenden Druck steht. Da jedoch das Ventil jetzt auf sehr empfindliche Weise abgeglichen ist, bewirkt der geringste Anstieg des Servolenkdrucks in der Kammer 57» der auf eine Bewegung des Lenkrades durch den Fahrer oder auf Bewegungen der lenkbaren Räder durchzuführen ist, oder auf eine Schwankung der Förderleistung der Pumpe 15, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt, jedoch die Motordrehzahl erhöht wird, daß das Ventil schnell in seine linke Stellung gebracht wird, bei der der Akkumulator vollständig gefüllt ist, so daß die durch die Pumpe 15 geförderte Flüssigkeit jetzt ausschließlich dem Kanal 17 zugeführt wird. Nachdem sich das Ventil geschlossen hat, kann es sich erst dann wieder öffnen und eine Stellung zum Nachfüllen des Akkumulators einnehmen, v/enn der Druck P in der Kammer 59 zurückgeht, da der Akkumulator benutzt wird, oder da ein Leckverlust eingetreten ist; in diesem Fall läuft erneut ein Arbeitsspiel zum Nachfüllen des Akkumulators ab.

Das Ventil 50 erfüllt insofern eine wichtige Aufgabe, als es als sogenanntes Prioritätsventil arbeitet. Y/enn z.B. während des Nachfüllens des Akkumulators der Benutzer des Fahrzeugs

109883/0353

eine plötzliche Bewegung bzw. ein Fahrmanöver ausführt, bei dem ein Druck benötigt wird, der über dem normalen Druck liegt (über etwa 2,8 atü) bewirkt der ansteigende Druck P_ in dem Kanal 17 und der Kammer 57, daß das Ventil entgegen der Kraft der Feder 55 geschlossen wird, um das Nachfüllen des Akkumulators zu unterbrechen, bis sich wieder relativ normale Lenkbedingungen ergeben haben, bei denen ein niedrigerer Druck genügt. Dieser Vorgang kann natürlich nur einige Sekunden beanspruchen, doch wird hierbei eine Situation vermieden, die anderenfalls unerwünscht sein würde, nämlich ein Betriebszustand, bei dem während des Nachfüllens des Akkumulators kein für die Lenkung ausreichender Flüssigkeitsstrom zur Verfügung steht. Dieser Vorgang spielt sich natürlich nur dann ab, wenn dem Lenkgetriebe Öl zugeführt wird, und die Drossel 61 dient dazu, zu verhindern, daß der Akkumulator dann, wenn er vollständig entleert wurde, eine solche Flüssigkeitsmenge je Zeiteinheit aufnimmt, daß sich die beschriebene Prioritätswirkung nicht einstellen kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung wird somit erreicht, daß in dem Akkumulator 41 eine im wesentlichen konstante Menge der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit bereitgehalten wird, die verfügbar ist, wenn die Förderleistung der Pumpe 15 vergrößert bzw. ergänzt werden soll. Wenn das Fahrzeug geparkt wird, und wenn die volle Förderleistung der Pumpe 15 bezüglich der Menge und des Drftfeks nicht ausreicht, um die Lenkeinrichtung genügend schnell zu betätigen, um zu verhindern, daß sich das Lenkventil 19» 21 in den beschriebenen Überlappungszustand (Handbetätigung) übergeht, wird dem Akkumulator entnommene Druckflüssigkeit über das Ventil 4-0 zugeführt, um den Lenkvor-

109883/0353

BAD ORIGINAL

gang zu unterstützen und eine größere Energiemenge verfügbar zu machen. Wenn die Pumpe aus irgendeinem Grund versagt, steht entsprechend die in dem Akkumulator 41 enthaltene Druckflüssigkeit zur Verfügung, so daß das Fahrzeug im Notfall gelenkt werden kann, um es aus dem Verkehr zu ziehen oder es abzustellen. Somit ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zwei hauptsächliche Betriebsweisen ermöglicht; hierbei ist die erste Betriebsweise diejenige mit normalerweise vorgesehenen maximalen Drehgeschwindigkeiten des Lenkrades und einen normalen Flüssigkeitsdurchsatz, während die zweite Betriebsweise diejenige mit übermäßig hohen Drehgeschwindigkeiten des Lenkrades und/oder der Betrieb beim Aufhören der normalen Strömung ist.

Eine ähnliche, jedoch etwas abgeänderte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 und 9 dargestellt, wo man erkennt, daß zwei Pumpen benutzt werden. Auch diese Einrichtung hat zwei Hauptbetriebsweisen. In Fig. 8 entsprechen das Lenkventil 10 und der Akkumulator 41 den entsprechenden in Fig. 1 gezeigten Teilen. Jedoch wird gemäß Fig. 8 der Akkumulator mit Hilfe eines Umgehungsventils 70 in Kombination mit einer Niederdruckpumpe 71 und einer Hochdruckpumpe 72 gefüllt. Die Niederdruckpumpe 71 kann zweckmäßig die ölpumpe des Fahrzeugmotors oder des Getriebes sein und würde normalerweise einen relativ niedrigen Druck von z.B. etwa 21 atü liefern, wenn das Öl der ölpumpe des Motors oder der Getriebepumpe entnommen wird; ein Druck von etwa 21 atü kann mit Hilfe solcher Pumpen erzielt werden, ohne daß größere konstruktive Änderungen vorgenommen werden müssen, wenn man davon ...

109883/0353

absieht, daß die Umgehungsventile der Pumpe, mittels deren die Strömung geregelt wird, abgeändert werden müssen; eine solche verbesserte Pumpe wird vorgezogen, um zu gewährleisten, daß alle normalen Lenkbewegungen mit Hilfe der Niederdruckpumpe bewirkt werden. Die normale Förderleistung einer solchen Pumpe beträgt z.B. etwa 5,8 Itr/min, wenn der Motor im Leerlauf arbeitet. Bei der anderen Pumpe 72 handelt es sich dagegen um eine mit niedriger Förderleistung und hohem Druck arbeitende Pumpe, mittels deren ein Druck von etwa 88 bis etwa 105 atu erzeugt werden kann, und deren Fördermenge bei der Leerlaufdrehzahl etwa 1,9 Itr/min beträgt, in diesem Pail ist die erste Betriebsweise maximalen Drehgeschwindigkeiten dee Lenkrades zugeordnet, die etwas niedriger sind als die normalen maximalen Drehgeschwindigkeiten, sowie Drücken, die niemals diejenigen Werte überschreiten, welche beim normalen Fahrbetrieb des Wagens auch beim Durchfahren von Kurven überschreiten; diese Drücke überschreiten selten einen Wert von etwa 21 atü bzw. etwa ein Viertel des Drucks, der benötigt wird, um die lenkbaren Bäder zu drehen, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Die zweite Betriebsweise ist ebenso wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel übermäßig hohen Drehgeschwindigkeiten des Lenkrades und dem Aufhören des ölstroms zugeordnet, jedoch zusätzlich auch dem Betrieb der Lenkeinrichtung während des Parkens. Die Tatsache, daß das Rückschlag- oder Kugelventil 40 entweder geöffnet oder geschlossen ist, d.h. daß es durch den Fahrer nicht gefühlsmäßig betätigt werden kann, bzw. daß keine Rückkopplung vorgeeehegtst, erweist sioh bei der Lenkeinrichtung nicht als schädlich, denn das dadurch auftretende Signal hat während des Parkens keine Bedeutung· Keines ...

der beiden Pumpen ist von kostspieliger Bauart, und die Kombination einer mit niedrigem Druck und mäßiger Förderleistung arbeitenden Pumpe mit einer Hochdruckpumpe mit geringer Förderleistung führt insgesamt zu einer Lenkeinrichtung, die in der nachstehend beschriebenen Weise arbeitet, sich mit geringen Rosten herstellen läßt und ihren Zweck einwandfrei erfüllt.

Das Umgehungsventil 70 umfaßt gemäß Fig. 9 einen Kolbenschieber 75, der durch eine Feder 76 vorgespannt wird. Das Drucköl wird dem Ventileinlaß 77 von der Pumpe 71 aus zugeführt. Der Hochdruckpumpe 72 wird das 01 von dem Umgehungsventil 70 aus über einen Auslaß 79 zugeführt, und dieses 01 kehrt unter einem hohen Druck über einen Einlaß 81 zu dem Umgehungsventil zurück.

Wenn bei der Einrichtung nach Fig. 8 und 9 der Druck in dem Akkumulator 10 und daher auch der Druck in der Ventilkammer ö2 einen niedrigeren wert hat, hält die -c'eder 76 das Ventilteil bzw. den Kolbenschieber 75 in seiner Stellung auf der rechten Seite; bei dieser Stellung tritt ein Teil der Fördermenge der Niederdruckpumpe 71 in die Kammer 83 ein und durchströmt das Ventil 75 über Offnungen bzw. Kanäle 84, von wo aus das Öl über den Auslaß 79 des Ventils zu der Hochdruckpumpe 72 strömt. Wenn das hydraulische Medium auf den hohen Druck gebracht ist , der in dem Akkumulator 41 herrschen soll, strömt die Flüssigkeit in den Ventileinlaß 81 ein, um über die Kammer 82 und eine Leitung 41a zu dem Akkumulator 41 zu gelangen, rfenn der Druck in der Kammer 82 und dem Akkumulator den gewünschten höchsten

Wert erreicht, bewegt sich der Kolbenschieber 75 schnell nach links; hierbei wird die Einlaßseite der Hochdruckpumpe abgesperrt,

109883/0353

d.h. die Pumpe 72 ist praktisch nicht belastet, und sie ist unwirksam. Die hydraulische Flüssigkeit, die das Lenkgetriebe 10 über die Leitung 89 verläßt, passiert eine Umgehungseinrichtung 90, die einen Druck von z.B. etwa 2 atü in der Leitung 91 aufrechterhält, die zur Kurbelwelle des Motors und anderen zu schmierenden Teilen führt; hierbei wird Jede überschüssige Ölmenge über eine Leitung 92 zu dem Ölsumpf 88 geleitet· Bei der beschriebenen Anordnung steht der Akkumulator für alle Fälle zur Verfügung, in denen zum Lenken ein hoher Druck benötigt wird, während die relativ billige Schmierstoffpumpe für den Motor bzw. die Getriebeölpumpe für die normale Straßenfahrt verfügbar ist. Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Kosten der Servolenkeinrichtung, und daher können auch Kraftfahrzeuge der mittleren Preislage mit einer betriebssicheren Servolenkeinrichtung ausgerüstet werden.

Eine weitere nur geringe Kosten verursachende abgeänderte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 10 und 11 dargestellt; in diesem Fall ist eine Pumpe 15 bekannter Art vorgesehen und mit einem Akkumulator 41 kombiniert, der Drucköl an eine Hilfsleitung 43 abgeben kann. Das Ventil 100 zum Füllen des Akkumulators umfaßt einen Kolbenschieber 101, der durch eine Feder 102 nach links vorgespannt wird. Ein Kanal 103 führt die durch die Pumpe 15 unter Druck geförderte hydraulische Flüssigkeit •einem Überdruckventil 104 zu, das sich entgegen der Kraft einer Feder 105 von seinem Sitz abhebt, sobald der maximale Fülldruck für den Akkumulator in der Leitung 106 erreicht wird·

Fig. 11 zeigt die verschiedenen Bauteile für den Fall, daß

das Fahrzeug z.B. über Nacht nicht benutzt worden ist, so daß

109883/0353

BAD ORIGINAL

der Druck in der Leitung 106 gleich Null sein kann und der Kolbenschieber 101 gemäß Fig. 11 seine Stellung auf der linken Seite einnimmt. Unter diesen Umständen ist ein Schalter 110 geschlossen. Dieser Segalter ist mit dem Zündschalter 111 des Kraftwagens in Reihe geschaltet, so daß beim Einschalten der Zündung zum Anlassen des Fahrzeugs eine rote Warnlampe 112 eingeschaltet wird, um anzuzeigen, daß sich der Akkumulator in einem Zustand befindet, in dem er gefüllt werden kann. Wenn es tatsächlich erforderlich ist, den Akkumulator nachzufüllen, wird die gesamte Fördermenge der Pumpe 15 beim Anlassen des Motors über ein Rückschlagventil 107 dem Akkumulator 41 zugeführt, bis der Druck in dem Akkumulator den maximalen gewünschten Wert erreicht; Sobald dies geschehen ist, öffnet sich das Überdruckventil 104, und der volle Förderdruck der Pumpe wirkt auf die linke Stirnfläche des Kolbenschiebers 101, so daß der Kolbenschieber gemäß Fig. 10 nach rechts bewegt wird. Bei dieser Stellung auf der rechten Seite wird die durch die Pumpe 15 geförderte Flüssigkeit über eine Kammer 108 einer Leitung 17 zugeführt, und gleichzeitig wird der Schalter 110 geöffnet, um die Lampe 112 auszuschalten, die das Auffüllen des Akkumulators anzeigte. Ein normaler Förderdruck der Pumpe 15, der etwa einem kleinsten Gegendruck von etwa 1,4 atü entspricht, wenn sich das Lenkventil 10 in seiner neutralen Stellung bzw. der offenen Mittelstellung befindet, genügt, um zu bewirken, daß der Kolbenschieber 101 seine Stellung auf der rechten Seite beibehält; wenn jedoch der Motor des Fahrzeugs abgestellt wird, geht der Druck erneut auf Bull zurück, so daß die Einrichtung wieder in einen Zustand gebracht wird, bei dem der Akkumulator erforderlichenfalls nachge-

109883/0353

füllt werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Einrichtung nach Fig.10 und 11 ist ersichtlich, daß der Akkumulator jedesmal dann gefüllt wird, wenn der Motor des Fahrzeugs abgestellt wurde, so daß auch die Lenkpumpe 15 zum Stillstand kam. Im übrigen wird der Akkumulator nurdann nachgefüllt, wenn der darin herrschende Druck niedriger ist als der Servolenkdruck, der während des Lenkens durch die Pumpe erzeugt wird. Bs hat sich jedoch gezeigt, daß der normale Fahrbetrieb vom Anlassen des Motors bis zum endgültigen Anhalten nicht bewirkt, daß die Druckflüssigkeit in dem Akkumulator verbraucht wird, und zwar auch dann nicht, wenn zahlreiche Ausweichmanöver durchgeführt werden. Für den Fall jedoch, daß der Vorrat an Druckflüssigkeit in dem Akkumulator während einer langen Fahrt, z.B. auf einer Autobahn, nach der Durchführung einer Anzahl von Drehbewegungen zum Parken nicht ausreicht, kann man gemäß Fig.11 eine gelbe Warnlampe 113 vorsehen. Die Lampe 113 wird dann eingeschaltet, wenn sich der Druck in dem Akkumulator 41 bis auf einen niedrigen Wert gesenkt hat, der durch einen druckempfindlichen Schalter 114 gefühlt wird. Die Warnlampen 112 und 113 melden dem Fahrer die Tatsache, daß der Akkumulator gerade nachgefüllt wird, oder daß der Akkumulator Druckflüssigkeit abgibt und nachgefüllt werden muß, zu welchem Zweck die Pumpe 15 zeitweilig außer Betrieb gesetzt werden muß. Zwar läßt sich die Pumpe 15 leicht dadurch stillsetzen, daß man die Zündung des Motors abschaltet und das Fahrzeug zum Stillstand bringt, doch kann man die gleiche Wirkung erzielen, wenn man ein mit der Hand oder durch einen Elektromagneten zu betätigendes Ventil auf der Förderseite der Pumpe 15

109883/0353

BAD ORIGINAL

vorsieht, das es ermöglicht, die gesamte Fördermenge der Pumpe 15 kurzzeitig direkt zu dem Sumpf zurückzuleiten, so daß sich der Kolbenschieber 101 gemäß Pig. 11 nach links in die Stellung bewegen kann, bei der der Akkumulator nachgefüllt wird. Es wurde festgestellt, daß das Nachfüllen des Akkumulators höchstens einige Sekunden in Anspruch nimmt. Es sei bemerkt, daß selbst dann, wenn sich der Akkumulator vollständig entleert hat, die mäßige Förderleistung der normalen Servolenkpumpe 15 die normale für die Servolenkung benötigte Energie in allen Fällen liefert, jedoch mit Ausnahme scnneller Ausweichmanöver bzw· bei jeder ungewöhnlich hohen Beanspruchung der Lenkeinrichtung; im letzteren Fall handelt es sieh tun Betriebsbedingungen, die Aufgaben stellen, welche bis jetzt noch von keiner bekannten Lenkeinrichtung erfüllt werden. Die Verwendung des Akkumulators und des Nachfüllventils nach Fig. 10 und 11 ermöglicht somit die Schaffung einer Lenkeinrichtung, die den bis jetzt bekannten Lenkeinrichtungen unter nahezu allen Bedingungen erheblich überlegen ist, und die es ermöglicht, den Fahrer zu warnen, wenn die Energiereserve, bzw. die für die Lenkung maximal verfügbare Energie verbraucht worden ist und daher wieder ergänzt werden muß. Da auch Fahrten auf Autobahnen gewöhnlich durch zahlreiche Ruhepausen unterbrochen werden, zeigt es sich, daß die gelbe Warnlampe 113 nanezu niemals aufleuchtet.

Man erkennt somit, daß die Erfindung eine neuartige, nach zwei verschiedenen Betriebsweisen arbeitende Servolenkeinrichtung vorsieht, die in verschiedenen Formen ausgebildet werden kann, wobei in jedem Fall eine Hochdruck-Energiereserve zur

109883/0353

Verfügung steht, um das Parken zu erleichtern und sicherzustellen, daß Ausweichmanöver durchgeführt werden können. Diese Einrichtungen führen zu einer erheblichen Verbesserung der Betriebssicherheit von Servolenkeinrichtungen, ohne daß es erforderlich ist, kostspielige Servolenkpumpen oder dergleichen zu verwenden Somit wird die Betriebssicherheit der Fahrzeuge erhöht, bei denen solche Einrichtungen verwendet werden, und die Erfindung ermöglicht es, die Herstellungskosten solcher Einrichtungen in einem solchen Ausmaß zu verringern, daß nahezu alle gegenwärtig in Gebrauch befindlichen Fahrzeuge mit einer Servolenkeinrichtung ausgerüstet werden können.

Patentansprüche:

109883/0353

Claims (12)

1A-34 874 Patentansprüche

1. Kraftbetätigte Leneinrichtung für die lenkbaren Räder eines Fahrzeugs mit einer normalerweise kontinuierlich zur Verfügung stehenden Quelle für ein unter Druck stehendes hydraulisches Flud, einem in zwei Richtungen zu betätigenden Lenkmotor und einem normalerweise eine offene mittlere Stellung einnehmenden Lenkventil, gekennzeichnet durch einen Akkumulator oder Druckspeicher (41) zum Speichern von unter einem hohen Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, ein normalerweise geschlossenes Ventil (40), mittels dessen das hydraulische !"lud in dem Akkumulator zurückgehalten wird, sowie Betätigungsmittel (47 bis 49), die ansprechen, sobald das in seiner Mittelstellung offene Ventil (19,21) über die der bei normalem Betrieb maximalen Druckbeaufschlagung der gewählten Seite des Motors entsprechende Stellung him us betätigt wird, um das normalerweise geschlossene Ventil zu öffnen, und Kanäle (45,16), die den Auslaß des normalerweise geschlossenen Ventils mit der gewählten Seite des Motors verbinden.

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Quelle (15) für das hydraulische Flud und dem normalerweise geschlossenen Ventil (40) ein Rückschlagventil (46) angeordnet ist, um zu verhindern, daß das unter Druck stehende Flud aus dem Akkumulator (41) zu der Fludquelle zurückströmt. - 2 -

109883/0353

3. Leneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50) zum Füllen das Akkumulators.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dafi es sich bei der Quelle für ein unter Druck stehendes hydraulisches Flud um die Schmierölpumpe (15) des Fahrzeugs handelt.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Füllen des Akkumulators (41) eine zweite Quelle (72) für ein unter einem Druck stehendes hydraulisches Flud handelt, und daß eine Vorrichtung (70) vorgesehen ist, mittels deren die zweite Quelle intermittierend mit dem Akkumulator verbunden wird, um den Akkumulator so gefüllt zu halten, daß das in ihm enthaltene Flud unter einem hohen Druck steht.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dafi die Einrichtung zum Füllen des Akkumulators (41) ein Akkumulatorfüllvent11 (50}100) umfaßt, das normalerweise in Richtung auf eine Stellung vorgespannt ist, bei der das Flud von der Druckquelle (15) aus dem Akkumulator (41) zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung (51}1O4,1O5), die die Vorspannkraft (Feder 55j1O2) überwinden kann, wenn der Druck in dem Akkumulator einen vorbestimmten hohen Wert erreicht hat. - 3 -

109883/0353

BAD ORIGINAL

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Akkumulatorfüllventil (50) einen Kolbenschieber (51) mit unterschiedlich großen Stirnflächen (52,53) aufweist, von denen die größere auf der der Feder (55) abgewandten Seite liegt.

8. Lenkeinrichtung nach 'Sispruch 7, dadurch gekennzeichnet ,daßin der Zuleitung (60) der vom Kolbenschieber (5I) gesteuerten Ventilöffnung (53,62) eine Drossel (61) vorgesehen ist.

9. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vorrichtung (52,58,62) zum Umleiten des Fludes derart vorgesehen ist, daß gleichzeitig mit dem Nachfüllen des Akkumulators (41) ein kleiner Strom des Fludes über das Füllventil (50) dem kraftbetätigten , in seiner Mittelstellung offenen Lenkventil (19,21) zugeführt wird.

10. Lenkeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Akkumulatorfüllventil (100) einen Kolbenschieber (101) umfaßt, indem ein Rückschlagventil (10,4,105) vorgesehen ist, das sich öffnet und Drucköl auf die der Feder (102) gegenüberliegende Stirnfläche des KoTbe^LSchiebers (101) läßt, sobald der Druck im Druckspeicher (41) seinen maximalen Druck erreicht hat.

109883/0353

11. Lenkeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine druckempfindlichie Warnvorrichtung (114,113) mit dem Auslaß des Akkumulators (41) verbunden ist, um anzuzeigen, ob der Druck in dem Akkumulator unter einem vorbestimmten Kindestwert liegt.

12. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß das in seiner Hittelstellung offene Ventil ein Buchsenteil (19) und ein Schieberteil '(21) umfaßt, die relativ zueinander bewegbar sind und zusammenarbeitende Strömungsregelöffnungen aufweisen, die so angeordnet sind, daß bei vollständiger Schließung der öffnung (16a) zu der einen Seite des Motors die Rücklauföffnung (31a) von der druckbeaufschlagten Seite des Motors zum ölsumpf ebenfalls geschlossen ist, und daß das normalerweise geschlossene Ventil (40) durch ein Rückschlagventil gebildet ist, und die Betätigungsmittel (47 bis 49) so angeordnet sind, daß dieses betätiget wird,

wenn sich das Buchsenteil und das Schieberteil relativ zueinander so weit bewegt haben, daß die öffnungen (16a, 31a) geschlossen sind.

109883/0353