DE2127070B2 - Steuerventileinrichtung für eine hydraulische Hilfskraftlenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventileinrichtung für eine hydraulische Hilfskraftlenkung, mit einem den Servomotor über Bunde und Ringnuten mit Druckmittel beaufschlagenden Axialkolben-Steuerventil, dessen Steuerkolben im Gehäuse durch eine Federanordnung sowie durch eine mit steigender Fahrgeschwindigkeit ansteigende hydraulische Kraft zentriert ist, wobei die Federanordnung sowie das die hydraulische Zentrierkraft erzeugende Druckmittel auf die inneren Stirnflächen von in Axialbohrungen an den Stirnseiten des Steuerkolbens angeordneten und sich am Ventilgehäuse abstützenden Reaktionskolben einwirkt und das die hydraulische Zentrierkraft erzeugende Druckmittel durch eine Ventilanordnung gesteuert wird, die ein erstes, Druckmittel aus einer Versorgungsleitung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit modulierendes Ventil sowie ein zweites Ventil aufweist, das durch das auf einen Kolben einwirkende modulierte Druckmittel verstellt wird und dessen Ventilkolben zwei

ίο Steuerbunde aufweist, zwischen denen eine Druckmitlelzuführleitung mündet und ein Kanal angeschlossen ist, der zu den Axialbohrungen im Steuerkolben sowie über eine Abzweigleitung auf die äußere Stirnfläche des einen Steuerbundes führt, und von denen die innen liegende Steuerkante des anderen Steuerbundes eine Rücklaufleitung steuert.

Eine solche Steuerventileinrichtung ist aus der US-PS 29 96 136 bekannt. Bei dieser bekannten Steuerventileinrichtung gehört zu jedem Reaktionskolben eine eigene Axialbohrung im Steuerkolben. In Neutralstellung des Steuerventils sind die Axialbohrungen der Reaktionskolben über die Ventilanordnung mit Ablässen verbunden und somit entlastet. Wenn der Steuerkolben in einer Richtung verschoben wird, wird die Axialbohrung an seinem einen Ende direkt mit einem Ablaß verbunden, während die Axialbohrung an seinem anderen Ende von der Ventilanordnung mit Druckmittel versorgt wird, dessen Druck sowohl in Abhängigkeit von der Lenkkraft als auch von der Fahrzeuggeschwin digkeit moduliert ist. Dadurch wird eine Reaktionskraft am Lenkrad erzielt, die mit steigender Lenkkraft und steigender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, so daß verhindert wird, daß bei hohen Geschwindigkeiten zu heftige Bewegungen des Lenkrades erfolgen und daß die gelenkten Räder zu stark eingeschlagen werden.

Bei der bekannten Steuerventileinrichtung wird das zweite Ventil über die Druckmittelzuführleitung mit Druckmittel gespeist, dessen Druck bereits proportional zur Lenkkraft ist, sofern der Steuerkolben aus seiner Neutralstellung verschoben ist. Dieser Druck wird dann vom zweiten Ventil zusätzlich entsprechend' der Fahrzeuggeschwindigkeit moduliert, wozu das erste Ventil das zweite Ventil mit entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit moduliertem Druck beauf schlagt. Bei der bekannten Steuerventileinrichtung muß notwendigerweise für jeden Reaktionskolben ein eigenes zweites Ventil vorgesehen sein. Außerdem werden die Reaktionskolben nicht ständig mit Druckmittel beaufschlagt. Daher ist die bekannte Steuerventi- !einrichtung einerseits verhältnismäßig kompliziert und andererseits besteht die Gefahr, daß die Reaktionskraft unstetig erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, von der bekannten Steuerventileinrichtung ausgehend eine Steuerventileinrichtung zu schaffen, die einerseits einfacher aufgebaut ist und andererseits einen gleichmäßigeren Kräfteanstieg über den Steuerventil-Verstellweg bietet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reaktionskolben in einer gemeinsamen, den Steuerkolben axial durchsetzenden Bohrung angeordnet sind und einen Bund aufweisen, der ihre Verschiebung gegenüber dem Steuerkolben nach außen begrenzt, daß der das zweite Ventil verstellende Kolben als Verlängerung des Ventilkolbens mit gegenüber den Steuerbunden verringertem Durchmesser ausgebildet ist und daß eine Abzweigung von der Druckmittelzuführleitung auf die äußere Stirnfläche des anderen

Steuerbundes führt und die innen liegende Steuerkante des einen Steuerbundes den zur Axialbohrung des Steuerkolbens führenden Kanal aufsteuert, wenn die innen liegende Steuerkante des anderen Steuerbundes die Rücklaufleitung zusteuert.

Aufgrund der den Steuerkolben gemeinsamen Axialbohrung ist einerseits der Steuerkolben einfacher aufgebaut und andererseits die Voraussetzung geschaffen, daß diese Axialbohrung ständig mit Druckmittel beaufschlagt werden kann und somit auch die to Ventilanordnung stetig arbeiten kann, da kein Wechsel der Druckbeaufschlagung von einem Reaktionskolben auf den anderen Reaktionskolben stattfindet. Aufgrund der ständig mit Druckmittel beaufschlagten, gemeinsamen Axialbohrung bzw. Reaktionskammer für beide Reaktionskolben besteht eine hydraulische Zentrierwirkung, die keine Unstetigkeiten aufweist.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerventileinrichtung;

Fig.2 einen schematischen Längsschnitt durch das Axialkolben-Steuerventil der Steuerventileinrichtung;

Fig.3 einen schematischen Längsschnitt durch die Ventilanordnung der Steuerventileinrichtung gemäß Fig. I;und

F i g. 4 und 5 Diagramme typischer Betriebskennwerte der erfindungsgemäßen Steuerventileinrichtung.

Eine vom Fahrzeug angetriebene Druckmittelpumpe μ 10 führt bei laufendem Fahrzeugmotor kontinuierlich über ein Axialkolben-Steuerventil 11 einem nicht dargestellten Servomotor hydraulisches Druckmittel zu. Von der Druckmittelpumpe 10 geliefertes Druckmittel, dessen Druck proportional zur im Zylinder des Servomotors wirkenden Lenkkraft ist, wird über eine Leitung 12 auch einer Ventilanordnung 13 zugeführt, die den Druck des zugeführten Druckmittels proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit moduliert und somit einen Druck erzeugt, der sowohl von der Lenkkraft als auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist. Dieser modulierte Druck wird dann über eine Leitung 14 einer als Reaktionskammer dienenden Bohrung 15 im Steuerventil 11 zugeführt, wodurch am nicht dargestellten Lenkhandrad eine Reaktionskraft auftritt, die proportional zum modulierten Druck und somit zur Lenkkraft und zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.

Das Steuerventil 11 weist ein Ventilgehäuse 16 auf, das mittels Schrauben 18 an einem Schubstangengehäuse 17 befestigt ist, das seinerseits an einer nicht dargestellten Spurstange fest angeordnet ist. Mit der Spurstange sind zwei nicht dargestellte Spurhebel so verbunden, daß eine Axialverschiebung der Spurstange zwei gelenkte Räder des Fahrzeugs auslenkt.

Im Ventilgehäuse 16 befindet sich eine zentrale Ventilbohrung 20, deren eines Ende von einem Abschlußteil 21 verschlossen ist, das sich zwischen dem Ventilgehäuse 16 und dem Schubstangengehäuse 17 befindet. Das andere Ende der Ventilbohrung 20 wird von einem weiteren Abschlußteil 22 abgeschlossen, das mittels der Schrauben 18 an der in F i g. 2 rechten Stirnwand de > Ventilgehäuses 16 befestigt ist. Das Abschlußteil 22 weist eine zentrale Bohrung 23 auf, durch die verschiebbar eine Verlängerung 24 eines Reaktionskolbens 25 tritt. Diese Verlängerung 24 hat <>5 kleineren Durchmesser als der übrige Reaktionskolben 25. Am Reaktionskolben 23 ist eine Schulter 26 ausgebildet, die als Anschlag wirkt, der in Ventilneutralstellung an der Innenseite des Abschlußteils 22 anliegt. Durch den Reaktionskolben 25 verläuft eine Axialbohrung 27.

In der Ventilbohrung 20 sitzt verschiebbar ein hohler Steuerkotben 28, in dessen einem Ende 29 verschiebbar der Reaktionskolben 25 mit seinem größeren Abschnitt sitzt und mit einem Bund 31 in einer Ausdrehung 30 des Steuerkolbens 28 anliegt. Aufgrund dieser Ausbildung führt eine Verschiebung des Steuerkolbens 28 nach links (in F i g. 2) dazu, daß bei dieser Verschiebung der Reaktionskolben 25 mitgenommen wird.

Im Steuerkolben 28 ist ein weiterer Reaktionskolben 32 verschiebbar angeordnet, der einen als Anschlag wirkenden Bund 33 besitzt. Der Bereich der Axialbohrung 15 im Steuerkolben 28 zwischen den Reaktionskolben 25 und 32 bildet eine Reaktionskammer. In der Reaktionskammer sitzt zwischen den Reaktionskolben 25 und 32 eine Federanordnung 34. Diese Federanordnung 34 drückt die Reaktionskolben 25 und 32 voneinander weg. Auf der (in F i g. 2) linken Seite des Reaktionskolbens 32 ist ein Stützteil 35 angeordnet, das mehrere Beine 36 aufweist, die verschiebbar durch Öffnungen in einer Scheibe 37 greifen, die am Steuerkolben 28 befestigt ist. Die Beine 36 des Stützteüs 35 liegen in Ventilneutralstellung auf der Innenseite des Abschlußteils 21 an. Durch eine öffnung 39 in der Mitte des Abschlußteils 21 tritt eine Stellstange 38, die mit dem nicht dargestellten Lenkhandrad verbunden ist und über die Scheibe 37 den Steuerkolben 28 verschieben kann.

Im Ventilgehäuse 16 befindet sich ein Einlaßkanal 40, der über eine Leitung 41 mit der Druckmittelpumpe 10 verbunden ist. Der Einlaßkanal 40 mündet in eine Ringnut 42, die in der Ventilbohrung 20 ausgebildet ist. Beiderseits der Ringnut 42 befinden sich im Ventilgehäuse 16 Ringnuten 43 und 44, die über nicht dargestellte Kanäle mit einem Rücklaufbehälter für Druckmittel in Verbindung stehen. Die beiden Ringnuten 43 und 44 haben gleiche Breite und gleichen Abstand von der Ringnut 42.

Steuerbunde am Steuerkolben 28 begrenzen an diesem ausgebildeten Ringnuten 45 und 46. Diese Ringnuten 45 und 46 können in Verbindung mit Kanälen 47 und 48 gebracht werden, die zu entgegengesetzten Enden des Zylinders des Servomotors führen.

Wenn bei dem in F i g. 2 dargestellten Steuerventil 11 die Stellstange 38 durch Drehen des Lenkhandrades nach rechts (in Fig.2) verschoben wird, wird dadurch der Steuerkolben 28 nach rechts verschoben, wobei er den Reaktionskolben 32 mitnimmt, so daß die Federanordnung 34 zusammengedrückt wird. Durch diese Verschiebung des Steuerkolbens 28 wird der Einlaßkanal 40 in Verbindung mit der linken Ringnut 45 des Steuerkolbens 28 gebracht. Dabei wird die Verbindung der Ringnut 45 mit der zum Rücklaufbehälter führenden Ringnut 43 unterbrochen. Das Druckmittel strömt daher in die linke Seite des Zylinders ein, so daß dessen Kolben nach rechts verschoben wird. Dies führt zu einer Verschiebung des Ventilgehäuses 16 nach rechts und einem Ausschlag der Fahrzeugräder nach links. Wenn der Steuerkolben 28 nach links (in F i g. 2) verschoben wird, wird dabei der Reaktionskolben 25 in gleicher Richtung mitgenommen, so daß wiederum die Federanordnung 34 zusammengedrückt wird. Durch die Verschiebung des Steuerkolbens 28 wird die rechte Ringnut 46 im Steuerkolben 28 mit dem Einlaßkanal 40 in Verbindung gebracht, während sie gleichzeitig von der zum Rücklaufbehälter führenden Ringnut 44

getrennt wird. Das Druckmittel fließt dann durch den Kanal 48 in die rechte Seite des Zylinders, so daß dessen Kolben nach links verschoben wird. Dies führt zu einer Verschiebung des Ventilgehäuses 16 nach links und einer Auslenkung der Fahrzeugräder nach rechts.

Von der von der Druckmittelpumpe 10 kommenden Leitung 41 zweigt die Leitung 12 ab, die zur Ventilanordnung 13 führt. Diese Ventilanordnung 13 ist in F i g. 3 dargestellt. Sie umfaßt ein erstes Ventil 75, das auf einer Getriebeausgangswelle 76 befestigt ist und ein zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportionales Drucksignal liefert, sowie ein zweites Ventil 77, das den Pumpenausgangsdruck in Abhängigkeit von diesem Drucksignal moduliert.

Das erste Ventil 75 ist ein herkömmliches Ventil mit einem Ventilgehäuse 78, das fest auf der Getriebeausgangswelle 76 angeordnet ist und sich zusammen mit dieser dreht. Im drehbaren Ventilgehäuse 78 befinden sich eine Einlaßöffnung 79, eine AuslaQöffnung 80 sowie Ablaßöffnungen 81 und 82. Verschiebbar im Ventilgehäuse 78 sitzt ein Ventilkolben 83, der sich zusammen mit dem Ventilgehäuse und der Getriebeausgangswelle 76 dreht und die Strömungsverbindungen zwischen den öffnungen 79 bis 82 in Abhängigkeit von der wirkenden Zentrifugalkraft steuert. Der Ventilkolben 83 ist an einem im Längsschnitt U-förmigen Teil 84 befestigt, das über eine Schraubenfeder 85 an einem Federsitz 86 aufgehängt ist, der sich an der Getriebeausgangswelle 76 befindet. Wenn sich die Getriebeausgangswelle 76 dreht, werden das U-förmige Teil 84 und der Ventilkolben 83 von der Zentrifugalkraft von der Getriebeausgangswelle 76 weggezogen, wobei ein Bund 87 des Ventilkolbens 83 die Einlaßöffnung 79 öffnet. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, wird die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 79 und der Auslaßöffnung 80 weiter geöffnet, so daß der Druck in der Auslaßöffnung 80 größer wird. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird das in das erste Ventil 75 eintretende Druckmittel über die Ablaßöffnungen 81 und 82 in Rücklaufbehälter 88 bzw. 89 abgelassen.

Das zweite Ventil 77 weist ein Ventilgehäuse 90 mit einer Ventilbohrung 91 auf, in der verschiebbar ein Ventilkolben 92 mit zwei Steuerbunden 93 und 94 aufgenommen ist. Im Ventilgehäuse 90 ist ferner eine zur Ventilbohrung 91 konzentrische Bohrung 95 kleineren Durchmessers ausgebildet, in der eine Verlängerung % des linken Endes des Ventilkolbens 92 verschiebbar sitzt. Der Signaldruck vom ersten Ventil 75 wird über eine Leitung 97 in die Bohrung 95 eingeleitet und wirkt auf die einen Kolben bildende Verlängerung % am linken Ende des Ventilkolbens 92 im Sinne einer Verschiebung nach rechts (in F i g. 3). Im Ventilgehäuse 90 ist eine Druckmittelzuführlcitung 98 ausgebildet, über die Druckmittel von der Druckmittelpumpe 10 in, einen Bohrungsabschnitt 99 /wischen den zwei Steuerbunden 93 und 94 eingeleitet wird. Von der Druckmittelzuführleitung 98 geht eine Abzweigung 100 aus, die zu einem Bohrungsabschnitt 101 der Ventilbohrung 91 an deren linkem Ende führt. Ein mit der Reaktionskammer bzw. Axialbohrung 15 verbundener Kanal 102 ist derart angeordnet, daß die Strömungsverbindung zwischen der Reaktionskammer und dem Bohrungsabschnitt 99 zwischen den Steuerbunden 93 und 94 größer wird, wenn der Vcntilkolben 92 nach rechts verschoben wird. Ferner ist im Ventilgehäuse 90 eine zu einem Rücklaufbehältcr 104 führende Rücklaufleitung 103 ausgebildet, deren Stromiingsvcrbindiing mn dem Hohrungsabschnitl ¹W kleiner wird, wenn sich der Vcntilkolben 92 nach rechts bewegt. Eine Abzweigleitung 105 verbindet einen Bohrungsabschnitt 106 am rechten Ende der Ventilbohrung 92 mit dem Kanal 102.

Auf den Ventilkolben 92 wirkt aufgrund des auf die linke Stirnfläche der Verlängerung 96 wirkenden Signaldrucks eine Kraft nach rechts in Fig. 3. In gleicher Richtung wirkt der Druck des über die Abzweigung 100 zugeführten Druckmittels, der eine linke Stirnfläche 107 des Steuerbundes 93 beaufschlagt. Auf eine rechte Stirnfläche 108 des Steuerbundes 94 wirkt der über die Abzweigleitung 105 zugeführte Druck, der den Ventilkolben 92 nach links zu schieben versucht. Wenn der Signaldruck mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, wird der Ventilkolben 92 somit nach rechts verschoben, so daß der Stcuerbund 93 die Rücklaufleitung 103 mehr zusteuert, während gleichzeitig der Steuerbund 94 den Kanal 102 mehr aufsteuert, so daß der über den Kanal 102 auf die Leitung 14 gegebene Druck zunimmt.

Der auf diese Weise modulierte hydraulische Druck gelangt von der Leitung 14 in die Bohrung 23 des Abschlußteils 22 (siehe Fig. 2) und von dort über die Axialbohrung 27 im Reaktionskolben 25 in die Axialbohrung bzw. Reaktionskammer 15.

Wenn der Steuerkolben 28 in einer der beiden Richtungen verschoben wird, wird, wie bereits beschrieben, die Federanordnung 34 von einem der Reaktionskolben 25 und 32 weiter zusammengedrückt. Dadurch liegt eine der Kraft der Federanordnung 34 entsprechende Reaktionskraft über die Stellstange 38 am Lenkhandrad an. Zusätzlich zu dieser Federkraft wirkt der hydraulische Druck in der Reaktionskammer, der sowohl von der Lenkkraft als auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt und zur Bildung der Reaktionskraft am Lenkhandrad beiträgt. Der Drehwiderstand am Lenkhandrad hängt somit von der Summe aus der Federkraft und der hydraulischen Zentrierkraft ab. Dabei nimmt die Reaktionskraft nicht nur mit der Lenkkraft bzw. Richtkraft auf die Fahrzeugräder sondern auch mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zu. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist der Drehwiderstand des Lenkhandrades gering, und bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist der Drehwiderstand des Lenkhandrades groß genug, um die Gefahr zu schnellen Drehens des Lenkhandrades und zu heftiger Einschläge der gelenkten Räder zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem der Druck in der Reaktionskammer in Abhängigkeit vom Pumpenausgangsdruck bei Modulation durch die Ventilanordnung 13 dargestellt ist. Die Gerade 69 gibt den Druckverlauf ohne Modulicrung durch die Ventilanordnung 13 wieder. Wie das Diagramm zeigt, nimmt der Druck in der Reaktionskammer mit steigender Fahrzeuggcschwindigkeil zu. Dies führt zu einer Änderung der Reaktionskraft am Lenkrad in Abhängigkeit von der Lenkkraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie sie beispielsweise durch die Kurven 70 und 71 in Fig. 5 gezeigt ist. Im Diagramm gemäß F i g. 5 gibt die Gerade 73 den Verlauf der Reaktionskraft bei einer Lenkung ohne Hilfskraft wieder. Die Kurve 72 gibt rlen Verlauf der Reaktionskraft bei einer Hilfskraftlcnk jng wieder, bei der der Druck in der Reaktionskammer allein proportional zur Lenkkraft gesteuert wird. Die bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten crzielbarc Rcaktionskrafi kann innerhalb eines durch die schraffierte ["lache dargestellten Bereichs geändert werden, indem die I cderkonManlen der Federanordnung 34 in (Ilt Ki'iiktionskammer geändert werden.

I licr/ii 4 HInIt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Steuerventileinrichlung für eine hydraulische Hilfskraftlenkung, mit einem den Servomotor über Bunde und Ringnuten mit Druckmittel beaufschlagenden Axialkolben-Steuerventil, dessen Steuerkolben im Gehäuse durch eine Federanordnung sowie durch eine mit steigender Fahrgeschwindigkeit ansteigende hydraulische Kraft zentriert ist, wobei die Federanordnung sowie das die hydraulische Zentrierkraft erzeugende Druckmittel auf die inneren Stirnflächen von in Axialbohrungen an den Stirnseiten des Steuerkolbens angeordneten und sich am Ventilgehäuse abstützenden Reaktionskolben einwirkt und das die hydraulische Zentrierkraft erzeugende Druckmittel durch eine Ventilanordnung gesteuert wird, die ein erstes, Druckmittel aus einer Versorgungsleitung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit modulierendes Ventil sowie ein zweites Ventil aufweist, das durch das auf einen Kolben einwirkende modulierte Druckmittel verstellt wird und dessen Ventilkolben zwei Steuerbunde aufweist, zwischen denen eine Druckmittelzuführleitung mündet und ein Kanal angeschlossen ist, der zu den Axialbohrungen im Steuerkolben sowie über eine Abzweigleitung auf die äußere Stirnfläche des einen Steuerbundes führt, und von denen die innen liegende Steuerkante des anderen Steuerbundes eine Rücklaufleitung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskolben (25, 32) in einer gemeinsamen, den Steuerkolben (28) axial durchsetzenden Bohrung (15) angeordnet sind und einen Bund (31, 33) aufweisen, der ihre Verschiebung gegenüber dem Steuerkolben nach außen begrenzt, daß der das zweite Ventil (77) verstellende Kolben als Verlängerung (96) des Ventilkolbens (92) mit gegenüber den Steuerbunden (93, 94) verringertem Durchmesser ausgebildet ist und daß eine Abzweigung (100) von der Druckmittelzuführleitung (98) auf die äußere Stirnfläche des anderen Steuerbundes (93) führt und die innen liegende Steuerkante des einen Steuerbundes (94) den zur Axialbohrung (15) des Steuerkolbens (28) führenden Kanal (102) aufsteuert, wenn die innen liegende Steuerkante des anderen Steuerbundes die Rücklaufleitung (103) zusteuert.

2. Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Reaktionskolben (25) an seiner am Ventilgehäuse (16) anliegenden Stirnseite eine in einer Bohrung (23) im Ventilgehäuse verschiebbar aufgenommene Verlängerung (24) verringerten Durchmessers sowie eine zentrische Axialbohrung (27) aufweist, über die das die hydraulische Zentrierkraft erzeugende Druckmittel aus dem Kanal (102) in die den Steuerkolben (28) durchsetzende Axialbohrung (15) geleitet wird.