DE2165331C2 - Lenkventil für eine hydraulische Hilfskraftlenkung von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Anspruch 2 richtet sich auf eine zum Lenkventilkolben koaxiale Anordnung des Hilfskolben.

Anspruch 3 beschreibt eine spezielle Ausführung des Hilfskolbens als Ringkolben.

Anspruch 4 richtet sich auf verschieden große s Wirkflächen von Hilfskolben und Reaktionskolben.

Die Erfindung wird anhand von in den Figuren zum Teil symbolisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert

Fig. 1 zeigt eine Anordnung für einen mit einer Reaktionsfläche versehenen Lenkventilkolben und dazu parallel angeordneten Reaktionskolben mit Hebelbetätigung.

F i g. 2 zeigt eine koaxiale Anordnung eines Reaktionskolbens und eines mit einer Reaktionsfläche versehenen Lenkventilkolbens, welcher fest mit einer Betätigungsstange verbunden ist

Die Bezugszahlen stimmen weitgehend mit den entsprechenden Bezugszahlen des Hauptpatentes überein.

Eine als Druckquelle dienende Pumpe 1 fördert Druckmittel in eine Druckleitung 2, weiche sich zu Druckleitungen 3 und 4 verzweigt Die Druckleitung 3 führt zu einem Anschluß Pi eines Lenkveiitils S. Das Lenkventil 5 besteht aus einem Ventilkörper 6, welcher mit einem nicht dargestellten Teil einer mindestens zweigeteilten Kraftübertragungsvorrichtung zwischen einem Lenkorgan, z. B. einem Lenkrad, und den gelenkten Rädern verbunden ist. Der Ventilkörper 6 besitzt zwei parallele Bohrungen 7 und 8. In der Bohrung 7 ist gleitbar ein Lenkventilkolben 9 angeordnet. Die Bohrung 8 dient zur Aufnahme eines als Reaktionsglied dienenden Reaktionskolbens 10. Lenkventilkolben 9 und Reaktionskolben 10 wirken über Stößel 11 und 12 auf einen zu einer Betätigungseinrichtung gehörenden Hebel 13. Das nicht näher dargestellte Lenkbetätigungsorgan ist mit einem anderen Teil der Kraftübertragungseinrichtung verbunden und gegenüber dem Ventilkörper 6 zu einer geringen, zur Betätigung von Lenkventilkolben 9 und Reaktionskolben IO ausreichenden Relativbewegung fähig. Der Stößel 11 wirkt auf eine Schulter 14, welche von einer weiteren Schulter 15 durch eine Ringnut Io getrennt ist. Der sich stirnseitig an die Schulter 15 anschließende Raum dient als Reaktionsraum 17. Die wirksame Fläche der Schulter 15 ist mit /"bezeichnet und entspricht dem Querschnitt der Bohrung 7. In einer mittleren Stellung des Lenkventilkolbens 9 (wie gezeichnet) versperrt die Schulter 15 einen Anschluß A\. Ein weiterer, immer offener Anschluß P\ mündet in den Reaktionsraum 17 und ist mit der Druckleitung 3 verbunden. Im Bereich der Ringnut 16 mündet ein Anschluß T\ für einen Rücklauf 18. Die zur Schulter 15 gehörenden Kanten 19 und 20 sind Steuerkanten. Vom Anschluß A_t geht eine Leitung 21 aus. welche zu einem Anschluß A\ eines Servomotors 22 führt. Dieser Servomotor 22 besteht aus einem Zylinder 23, in welchem ein mit einer Kolbenstange 24 verbundener Kolben 25 gleitbar angeordnet ist. Der die Kolbenstange 24 umgebende Ringraum wird als Arbeitsraum 26 mit der wirksamen Fläche F bezeichnet. Der gegenüberliegende Kolbenraum ist der Arbeitsraum 27 mit einer wirksamen Fläche F\. Der Anschluß A\ mündet in den Arbeitsraum 27, während ein mit der Druckleitung 4 verbundener Anschluß A in den Arbeitsraum 26 mündet. Von der »,5 Leitung 21 zweigt eine Leitung 28 ab und führt zu einem Anschluß A"\, der mi· einem unterhalb des Reaktionskolbens 10 befindlichen Reaktionsraum 29 in Verbin dung steht. Die wirksame Fläche des Reaktionskolbens 10 ist mit f\ bezeichnet und entspricht dem Querschnitt der Bohrung 8. Der Reaktionskolben Ϊ0 wirkt über eine in einer inneren Sackbohrung 30 geführte Feder 31 sowie einen Federteller 32 auf den Stößel 12. In der Nähe des äußeren Endes der Bohrung 8 ist ein Anschlag 33 in Form eines in die Bohrung 8 eingesetzten Sprengringes oder dergleichen angebracht Als weiterer Anschlag dient der Boden 34 der Bohrung 8. Die zwischen den Stößeln 11 und 12 sowie dem Drehpunkt Aides Hebels 13 wirksamen Hebelarme sind mit a und a\ bezeichnet. Die Absicherung des gesamten Kreislaufes erfolgt über ein Druckbegrenzungsventil 35, welches über eine Leitung 36 an die Druckleitung 3 angeschlossen ist

Die Bohrung 7 erweitert sich zu einer Bohrung 37 größeren Durchmessers, in welcher ein Hilfskolben 38 gleitbar angeordnet ist. Der Hilfskolben ist mit einer Stirnfläche 39 dem Reaktionsraum 17 zugewandt und kann mit einem zapfenartigen Ansatz 40 des Lenkventiikolbens 9 in Kontakt kommen. AW seiner gegenüberliegenden Seite besitzt der Hilfskolben 23 einen Ansatz 41, welcher zur Führung einer als zweites federndes Mittel dienenden Schraubenfeder 42 vorgesehen ist, welche sich am Boden 43 der Bohrung 37 abstützt und auf den Hilfskolben 38 wirkt. Ein die Schraubenfeder 42 beinhaltender Federraum 44 ist über einen Anschluß 7V und eine Leitung 45 mit dem Rücklauf 18 verbunden.

Zweck des Hauptpatentes war es, eine beidseitig wirksame Lenkkraftbegrenzung zu schaffen. Dies wurde, wie im Hauptpatent ausführlich beschrieben, dadurch erreicht, daß der Reaktionskolben 10 sowohl bei Überschreiten als auch bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes im Reaktionsraum 29 unter Verkürzung bzv/. Verlängerung der Feder 31 gegen die Anschläge 33 und 34 gefahren wurde. Trotz weiteren Druckanstieges oder Druckabfalls wirkte der Reaktionskolben 10 nur noch mit der beim Anfahren der Anschläge vorhandenen Vorspannung der Fehler 31 auf den Hebel 13. Im Zusammenwirken mit der im wesentlichen konstanten Kraft auf die andere Reaklionsfläche /"ergab sich dann die gewünschte Lenkkraftbegrenzung. Wenn das System drucklos wurde, längte sich die Feder 31, bis der Reaktionskoiben 10 — wie gezeichnet — an seinem unteren Anschlag 34 anschlug. Gleichzeitig verschwand die hydraulische Reaktion?, kraft auf den Lenkventilkolben 9, so daß von hier keine Kraft auf den Hebel 13 wirken konnte. Der Lenkventilkolben 9 führte deshalb eine Bewegung aus, welche ungewollt einer bestimmten Schaltstellung entsprach. Bei einer Anordnung gemäß Fig. I wäre die Verbindung Ai-T, zustande gekommen, so daß der Kolben 25 des Servomotors sich in dem oben geschilderten Extremfall nach links bewegt hätte. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Hilfskolbens 38 und der Feder 42 wird dies verhindert. Sobald nämlich der Druck im Reaktionsraum 17 abfällt, wird der Hilfskolben 38 durch die Schraubenfeder 42 in Richtung auf den Lenkventilkoiben 9 bewegt, bis er ihn schließlich berührt. Die Stärke der Schraubenfeder 42 ist so bemessen, daß sie den Lenkventilkolben 9 gegen die Kraft der Feder 31 zentriert. Diese Zentrierung kann durch Kraft- bzw. Momentengleictigewicht erzielt werden. Es ist aber auch möglich, die Schraubenfeder 42 etwas stärker als an sich notwendig zu machen, und den Hilfskolben 38 gegen einen festen Anschlag fahren zu lassen.

In FiE. 2 sind Bleiche Teile mit den gleichen

Bezugszeichen belegt wie in Fig. I. Funktionelle ähnliche Teile wurden mit einer um 100 erhöhten Bezugszahl belegt. Demnach gleiten ein Lenkventilkolben 109 und ein Reaktionskolben 111) in der gleichen Bohrung 107, wobei zwischen ihnen eine Feder 131 wirkt. Der Reaktionskolben 110 ist zwischen zwei Anschlägen 133 und 134 beweglich. Die Betätigung c'es Lenkventilkolbens 109 erfolgt über eine fest mit ihm verbundene, abgedichtet aus dem Ventilkörper 106 herausgeführten Betätigungsstange 113. Auf der Betätigungsstange 113 gleitet dicht ein als Hilfskolben 138 dienender Ringkolben, der außen dicht in einer Bohrung 137 geführt ist. Der Hilfskolben 138 wird von einer Feder 142. welche sich am Boden 143 der Bohrung 137 abstützt, belastet. Mit seiner anderen Stirnfläche begrenzt der Hilfskolben den Reaktionsraum 117 und wird vom dort herrschenden Druck beaufschlagt. Auf der Betätigungsstange ist ein Anschlag 146 vorgesehen, mit dem die Betätigungsstange 113 am Hillskolben 138 anschlagen kann.

Die Wirkungsweise ist ganz ähnlich der schon fiir F i g. 1 beschriebenen. Sobald der Systemdruck abfällt, wird auch der Druck im Reaktionsraum 129 geringer und die Feder 131 schiebt den Reaktionskolben 110 schließlich bis zum Anschlag 134. Gleichzeitig versucht die Feder 131. den Lenkventilkolben 109 mit der Betätigungsstange 113 nach rechts zu schieben. Da aber andererseits auch der Druck im Reaktionsraum 117 abgefallen ist, wird der Hilfskolben 138 wegen der fehlenden Gegenkraft von der Feder 142 nach links geschoben. Bei diesen Verschiebungen erfolgt irgend-

'■ wann der Kontakt zwischen Hilfskolben 138 und Anschlag 146. Im Endeffekt tritt zwischen den Federn 131 und 142 entweder ein Kraftgleichgewicht auf. oder aber der Hilfskolben 138 fährt gegen einen gehäusefesten Anschlag. In beiden Fällen läßt sich eine

in einwandfreie Zentrierung des Lenkventilkolbens 109 erzielen. Bei erneuter Druckbcaiifschlagung wird der Hilfskolben 138 wieder außer Kingriff gebracht, und der l.enkventilkolben 109 ist wieder frei beweglich.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestcllicn

is Ausfiihrungsbeispiele beschränkt. Ms ist insbesondere nicht notwendig, den Hilfskolben koaxial zum l.enkventilkolben anzuordnen. Beispielsweise wären auch eine parallele Anordnung zum l.enkventilkolben oder eine

Anordnung eMlgegeitgCMM/.l /.um ncdMiwinmm/in

:<i denkbar. Bei derartigen Anordnungen könnten auch die wirksamen Flächen und/oder Hebelarme variiert werden. Als federnde Mittel sind neben Schraubenfedern auch Tnllerfedern. Blattfedern und dergleichen verwendbar. Schließlich könnte auch der Kolben mit

:s größerer wirksamer Fläche als l.enkventilkolben ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Lenkventil für eine hydraulische Hilfskraftlenkung von Fahrzeugen, mit einem Lenkmotor, dessen einer Arbeitsraum ständig mit von einer Servopumpe geliefertem Druckmittel beaufschlagt ist und dessen anderer Arbeitsraum durch das Lenkventil je nach der Richtung, in die ein Lenkbetätigungsorgan bewegt wird, mit einer von der Servopumpe kommenden oder mit einer zu einem Behälter führenden Leitung verbunden, also gesteuert wird, wobei das Lenkorgan durch eine an einer Reaktionsfläche des Lenkventilkolbens durch Beaufschlagung mit in einem Arbeitsraum herrschendem Druckmitteldruck erzeugte hydraulische Reaktionskraft entgegen der den gesteuerten Arbeitsraum mit dem Behälter verbindenden Lenkrichtung und durch eine an einer Fläche eines gesonderten Reaktionskolbens durch Beaufschlagung mit in dem gesteuerten Arbeitsra&m herrschendem Druckmitteldruck erzeugte Reafctionskraft entgegen der den gesteuerten Arbeitsraum mit der Servopumpe verbindenden Lenkrichtung belastet ist, und der Reaktionskolben auf das Lenkbetätigungsorgan über vorgespannte federnde Mittel wirkt und bei Überschreiten eines oberen Grenzdruckes im Reaktionsraum an einem ersten Anschlag zur Anlage gelangt und bei Unterschreiten eines bestimmten unteren Grenzdruckes an einem zweiten Anschlag zur Anlage kommt, wobei der Angriffspunkt des Lenkbetätigungsorgar.s an den federnden Mitteln auch nach Anliegen des Reaktionskolbens an einem der Anschläge weitere Fcderwej,*; machen kann, und die Vorspannung der federnden Mittel so gewählt ist, daß sich der Reaktionsko. )en zwischen den Anschlägen befindet, wenn keine Lenkkraft aufgebracht wird, nach Patent 2164 091, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb eines vorbestimmten, von der Servopumpe (1) erzeugten Druckes das Lenkbetätigungsorgan (13, 113) oder der Lenkventilkolben (9,109) durch einen von einem zweiten federnden Mittel (Schraubenfeder 42, Feder 142) entgegen der Kraft des ersten federnden Mittels (Federn 31 und 131) gegen einen gehäusefesten Anschlag geschobenen Hilfskolben (38, 138) in eine Lage verschoben wird, in der der Lenkventilkolben (9, 109) seine Mittelstellung einnimmt, während oberhalb des vorbestimmten Druckes der Hilfskolben (38, 138) durch hydraulische Druckbeaufschlagung unter weiterer Vorspannung des zweiten federnden Mittels (Schraubenfeder 42, Feder 142) außer Eingriff mit dem Lenkbetätigungsorgan bzw. dem Lenkventilkolben gebracht wird.

2. Lenkventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (38, 138) koaxial zum Lenkventilkolben (9,109) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskolben (138) ein Ringkolben ist, welcher auf dem Lenkbetätigungsorgan (113) und in einer dazu koaxialen Bohrung (137) gleitbar angeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Hilfskolbens (38,138) von der wirksamen Fläche (f\) des Reaktionskolbens (10, 110) verschieden und insbesondere größer ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkventil für eine hydraulische Hilfskraftlenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Anordnungen haben sich im Betrieb gut bewährt und erfüllen ihre Aufgabe sicher. Es hat sich aber gezeigt, daß jedesmal, wenn der Druck im Hydrauliksystem auf den Wert Null abgesunken ist — meist während einer Stillstandszeit —, eine zumindest unangenehme, unerwünschte Erscheinung auOritt Diese Erscheinung besteht darin, daß sich beim erneuten Druckaufbau Bewegungen am Lenkrad und/oder den gelenkten Rädern ergeben können, sofern der Fahrzeuglenker das Lenkrad nicht festhält. Die Ursache liegt darin, daß bei drucklosem Zustand des Hydrauliksystems sich das federnde Mittel zunächst soweit entspannt, daß es an seinem unteren Anschlag anliegt. Da bei nicht festgehaltenem Lenkrad dann außer der Federkaft keine andere Kraft mehr auf die Betätigungseinrichtung wirkt, entspannt sich das federnde Mittel weiter und verschiebt die Betätigungseinrichtung und damit den Steuerkolben aus seiner Mittelstellung soweit, bis er irgendwo einen Anschlag findet oder aber das federnde Mittel ganz entspannt ist In jedem Fall befindet sich der Steuerkolben dann in einer Stellung, in welcher der gesteuerte Arbeitsraum entweder mit der Druckquelle oder dem Ablauf verbunden ist, wobei davon auszugehen ist, daß der Steuerquerschnitt seinen maximal möglichen Wert erreicht Wenn nunmehr eine Förderung der Druckquelle einsetzt müssen zwei Extremfälle unterschieden werden. Einmal können die gelenkten Räder sehr fest mit dem Untergrund verbunden sein, z. B. wenn sie in einen weichen Boden eingesunken sind. Der notwendige Druck zum Bewegen des Servomotors wird dann so hoch, daß sich in dem nicht gesteuerten Arbeitsraum und dem zugehörigen Reaktionsraum sehr schnell ein Druck aufbaut, welcher in der Lage ist, den Steuerkolben gegen die Kraft der Feder zu zentrieren. Bis zum Erreichen der Zentrierung bewegt die Betätigungsvorrichtung das Lenkrad. Wenn die Räder tatsächlich starr eingespannt wären, würde sich eine Lenkradbewegung nur im Rahmen des üblichen Spiels ergeben. Wenn aber eine geringe Beweglichkeit der Räder und eine gewisse Elastizität der Reifen vorhanden ist, kann die Lenkradbewegung bis zum Erreichen des vollen Systemdruckes merklich größer werden. Der andere Extremfall wäre gegeben, wenn das Fahrzeug, z. B. auf Glatteis keinen nennenswerten Lenkwiderstand besäße. Das geförderte Druckmittel ist dann in eier Lage, mit einem geringen, nicht zur Zentrierung des Steuerkolbens ausreichenden Druck den Kolben des Servomotors zu verschieben. Diese Verschiebung findet möglicherweise erst dann ein Ende, wenn die Räder bis zu ihrem Anschlag eingeschlagen sind. Gemeinsam mit der Bewegung des Servomotors bewegt sich das Lenkrad. Ein Druckaufbau findet erst in der Endstellung statt. Selbstverständlich ließen sich diese Erscheinungen durch Festhalten des Lenkrades beseitigen, jedoch ist diese Maßnahme lästig und entspricht nicht den beim Starten eines Fahrzeuges üblichen, gewohnten Handgriffen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen, d. h. ein Lenkventil der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß der Lenkventilkolben auch bei fehlendem Systemdruck einwandfrei

μ zentriert bleibt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des AnsDruchs 1.