DE2249181B2

DE2249181B2 - Hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2249181B2
Application number: DE2249181A
Authority: DE
Inventors: Armin 7070 Schwaebisch Gmuend Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1978-11-02
Also published as: BR7307703D0; US3878763A; HU167888B; FR2202487A5; YU260273A; YU36119B; DD109590A5; DE2249181A1; ES419341A1; DE2249181C3; SE392079B; JPS5245093B2; AR196149A1; IT994820B; GB1396439A; JPS4971634A

Description

40

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Lenkbegrenzung für Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige hydraulische Lenkbegrenzungen für Servolenkanlagen dienen dazu, den Abschaltpunkt für die Hilfskraft unabhängig vom Endpunkt der Kolbenbewegung mittels besonderer Abschaltventile, die oftmals einstellbar sind, festzulegen. Dadurch werden Beschädigungen am Lenksystem vermieden und es können größere Einbau- und Fertigungstoleranzen angewendet werden. Bei einer bekannten Lenkanlage mit hydraulischer Hilfskraft (US-PS 24 03 325) wird der Servomotor am jeweiligen Abschaltpunkt dadurch hydraulisch entlastet, daß der beaufschlagte Druckraum des Servomotors durch mechanisch aufsteuerbare Rückschlagventile über den nicht beaufschlagten Druckraum entlastet wird. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei Lenksystemen mit einer mechanischen Verbindung zwischen Lenkhandrad und gelenkten Rädern möglich, aber nicht bei hydrostatischen Lenkanlagen anwendbar, w) bei denen die Synchronisation zwischen Lenkhandrad und Servomotor über eine Steuerpumpe erfolgt, und somit bei der Entlastung eines beaufschlagten Druckraumes des Servomotors zum Rücklauf verloren ginge.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine b5 hydraulische Abschaltung für hydrostatische Lenkanlagen ohne Verlust der Synchronisation zu schaffen, was dadurch erreicht werden kann, daß die Entlastung zum Rücklauf nicht am Servomotor, sondern an der Servopumpe erfolgt.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lenkbegrenzung ist im Unteranspruch enthalten.

Die Vorteile der Erfindung bestehen einmal darin, daß die Synchronisation zwischen Lenkhandrad und gelenkten Rädern, die bei einer mormalen hydrostatischen Servolenkeinrichtung durch die als Dosiereinrichtung wirkende Steuerpumpe gewährleistet ist, auch bei Verwendung einer hydraulischen Lenkbegrenzung erhalten bleibt Zum anderen bewirkt das Rückschlagventil zwischen der Druckwaage und den Abschaltventilen, daß bei Fahrbahnstößen auf die gelenkten Räder ein Entweichen des Druckmittels aus dem Servomotor über die Abschaltventile, die Steuerdrossel und das Steuerventil zum Rücklauf unterbunden wird, was besonders für Lenkungen notwendig ist, deren Steuerventil in Neutralstellung blockierte Anschlüsse zum Servomotor aufweist. Das zwischen Servopumpe und Steuerventil angeordnete Rückschlagventil hat die Aufgabe, nach erfolgter Abschaltung eines Druckraumes in der Abschaltstellung des Servokolbens ein Zurückschlagen des Lenkhandrades wegen der plötzlich fehlenden Servounterstützung an der Steuerpumpe zu verhindern.

D^:-_ Erfindung und ihre Wirkungsweise sind nachstehend anhand einer Zeichnung mit verschiedenen Ausführungsformen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

F i g. 1 eine hydrostatische Lenkanlage mit hydraulischer Lenkbegrenzung, in

F i g. 2 einen Servomotor mit integrierten Abschalt- und Rückschlagventilen, in

Fig.3 im Kolben des Servomotors eingebaute Abschaltventile, in

F i g. 4 ein druckentlastetes Abschaltventil, in

F i g. 5 ein einstellbares Abschaltventil, in

F i g. 6 getrennte Abschaltventile bei einem Knickgelenkfahrzeug, und in

F i g. 7 ein Abschaltventil nach F i g. 6 in größerem Maßstab.

In einer hydrostatischen Lenkanlage 1 ist eine Servopumpe 2 über eine Druckmittelleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 mit einem Behälter 5 an ein Steuerventil 6 angeschlossen, das zusammen mit einer Steuerpumpe 7 einen Lenkungsteil 8 bildet.

Zwischen dem Steuerventil 6, das drei Schaltstellungen a, b und c aufweist, und der Steuerpumpe 7 sind zwei Leitungen 9 und 10 vorgesehen. Druckleitungen 9a und 10a dienen zur hydraulischen Betätigung des Steuerventils 6; das jedoch auch mechanisch betätigbar sein kann. Ferner führen von dem Steuerventil 6 Leitungen 11 und 12 zu einem Servomotor 13, dessen Druckräume 131 und 132 von einem Servokolben 133 getrennt werden. In den Stirnwänden des Servomotors 13 sind Abschaltventile 14 und 15 angeordnet, die nach außen an eine Steuerleitung 16 angeschlossen sind und nach innen mit einem Stift 141 bzw. 151 in den Druckraum 131 bzw. 132 hineinragen. In der Steuerleitung 16 ist zwischen dem Servomotor 13 und einer Druckwaage 18 ein Rückschlagventil 17 angeordnet. Die Druckwaage 18, die zwischen der Druckmittelleitung 3 und der Steuerleitung 16 vorgesehen ist, wird von einer Steuerdrossel 19 überbrückt. Eine Umgehungsleitung 20 verbindet die Druckwaage 18 direkt mit der Rücklaufleitung 4. Ferner ist in der Druckmittelleitung 3 ein Rückschlagventil 21 und eine Stromdrossel 22 eingebaut.

Zur Wirkungsweise der Lenkanlage ist folgendes zu bemerken: Wird beispielsweise so gelenkt, daß durch die Steuerpumpe 7 in der Leitung 10 ein höherer Druck vorhanden ist als in der Leitung 9, so wird dieser Differenzdruck über die Leitungen 10a und 9a auch auf das Steuerventil 6 übertragen, das in die Schaltstellung c verstellt wird, so daß der Druckraum 132 über die Leitung 12 beaufschlagt wird. Dadurch wird der Servokolben 133 nach links bewegt und das nicht beaufschlagte Druckmittel aus dem Druckraum 131 über die Leitung 11, das Steuerventil 6 und die Rücklaufleitung 4 zur Saugseite der Servepumpe 2 bzw. zum Behälter 5 verdrängt Sobald der Servokolben 133 seine linke Abschaltstellung erreicht, öffnet dieser über den Stift 141 das Abschaltventil 14. Da die Druckwaage 18 zwischen der Druckmittelleitung 3 und der Steuerleitung 16 derart angeordnet ist, daß der an der Oberseite der Druckwaage 18 herrschende Arbeitsdruck über die Steuerdrossel 19 auch an der Unterseite wirksam ist und über das Rückschlagventil 17 das Abschaltventil 14 beaufschlagt hat, wird beim öffnen des Abschaltventils 14 die Unterseite der Druckwaage 18 zum Rücklauf hin entlastet, so daß der Kolben der Druckwaage 18 den Weg zwischen der Druckmittel'eitung 3 und der Umgehungsleitung 20 freigibt, wodurch die Servopumpe 2 unmittelbar in den Rücklauf fördert. Durch den fehlenden Druck an der Servopumpe 2 steht nunmehr über der Steuerpumpe 7 der volle Arbeitsdruck und es kann nur noch von Hand ohne hydraulische Unterstützung gelenkt werden. Hierbei ist es die Aufgabe des Rückschlagventils 21 ein Zurückschlagen des Lenkhandrades bei einer Abschaltung wegen der plötzlich fehlenden Servounterstützung zu verhindern. Dies gilt auch für die weiter unten beschriebenen anderen Ausführungsformen der Abschaltventile. Bei einer Abschaltung bleibt die Synchronisation zwischen Lenkung und Servomotor voll erhalten, da auf der Druckseite des Servomotors, also im Druckraum 132 das Druckmittel nicht entweichen kann. Allerdings muß der öffnungsdruck der Abschaltventile, hier des Abschaltventils 15 größer sein, als der durch die Steuerpumpe 7 von Hand erzeugte Druck, um eine Rückströmung über das rechte Abschaltventil 15 zum geöffneten linken Abschaltventil 14 und von dort über den entlasteten Druckraum 131 zum Behälter 5 zu verhindern. Diese Bedingung hinsichtlich des Öffnungsdruckes kann außeracht bleiben, wenn als Abschaltventile druckentlastete Abschaltventile nach F i g. 4 verwendet werden.

Wird nach erfolgter Abschaltung die Lenkrichtung geändert, dann wird das Steuerventil 6 in die Schaltstellung a verstellt, so daß der linke Druckraum 131 vom Rücklauf getrennt und auf die Druckseite der Steuerpumpe 7 geschaltet wird. Dadurch kann das Druckmittel von der Unterseite der Druckwaage 18 nicht mehr über das linke Abschaltventil 14 entweichen. Vielmehr bildet sich über die Steuerdrossel 19 an der Unterseite der Druckwaage 18 ein Druckgleichgewicht, wodurch der Kolben der Druckwaage von der Schließfeder nach oben gedrückt wird und so den Rücklauf über die Umgehungsleitung 20 verschließt. Auf diese Weise ist die Druckmittelversorgung für den Druckraum 131 wieder hergestellt und die hydrostatische Servolenkanlage funktionsfähig. Sobald dann der Servokolben 133 seine rechte Abschaltstellung erreicht, wird über den Stift 151 das rechte Abschaltventil 15 geöffnet und die Entlastung erfolgt in entsprechender Weise wie zuvor beschrieben.

Eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung ist in F i g. 2 gezeigt, bei der ein Servomotor 23, dessen Druckräume 231 und 232 von einem Servokolben 233 getrennt werden, in den beiden Stirnwänden je ein Abschaltventil 24 und 25 aufweist, das jeweils mit einem Rückschlagventil 27a bzw. 276 zu einer Einheit zusammengefaßt ist. Die an eine Steuerleitung 26 angeschlossenen Rückschlagventile 27a und 276 lassen das Druckmittel nur in Richtung zu d^n Druckräumen

ίο 231 und 232 fließen, weshalb der öffnungsdruck für die Abschaltventile 24 und 25 kleiner sein kann, als der von der Steuerpumpe 7 manuell erzeugte Druck. Außerdem entfällt das Rückschlagventil 17, dessen Funktion von den integrierten Rückschlagventilen 27a und 27b übernommen wird, und die darin besteht, bei Fahrbahnstößen ein Entweichen des Druckmittels aus den Druckräumen 131 und 132 bzw. 231 und 232 über die Steuerdrossel 19 zu verhindern. Die Anordnung der Rückschlagventile 27a und 276 in den Stirnwänden des Servomotors 23 bringt den weiteren Vorteil erhöhter Sicherheit, da bei einem Bruch der Steuerleitung 26 das von dem Lenkungsteil 8 kommende Druckmittel über die Steuerleitung 26 nicht abfließen kann.

Die Steuerdrossel 19 bestimmt die erforderlichen Querschnitte der Abschaltventile 14,15 bzw. 24,25 und der Steuerleitung 16 bzw. 26 zwischen dem Servomotor 13 bzw. 23 und der Druckwaage 18. Sie kann umso kleiner sein, je dichter die Abschaltventile sind, die deshalb vorteilhafterweise als Sitzventile ausgebildet sind.

Was schließlich die Stromdrossel 22 betrifft, so kann mit ihrer Hilfe die Druckwaage gleichzeitig zur Strombegrenzung verwendet werden. Sie begrenzt den Druckmittelstrom zur Lenkung auf einen Wert, der durch einen dem Querschnitt und der Federkraft des Kolbens der Druckwaage 18 entsprechenden Steuerdruck an der Stromdrossel 22 bestimmt ist.

Wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt. Bei dieser sind in einem Servomotor 33, dessen Druckräume 331 und 332 von einem Servokolben 333 getrennt werden, zwei Abschaltventile 34 und 35 im Servokolben 333 gegensinnig angeordnet. Ein Rückschlagventil 37 sitzt dabei in der Kolbenstange des Servokolbens 333 und eine zur Druckwaage 18 führende Steuerleitung 36 ist an der Kolbenstange 38 angeschlossen und über eine axiale Bohrung 39 zu dem Rückschlagventil 37 und von diesem über eine radiale Bohrung 40 zu den Abschaltventilen 34 und 35 geführt.

so Besondere Ausbildungsformen der Abschaltventile zeigen F i g. 4 und 5. Es sind jeweils die Abschaltvorrichtung für den rechten Druckraum des Servomotors gezeigt. Im ersten Fall ist ein druckentlastetes Abschaltventil 45 in der Stirnwand eines Servomotors 43 angeordnet. Während die vom Lenkungsteil 8 kommende Leitung 12 mit einem Druckraum 432 verbunden ist, ist eine Steuerleitung 46 an das Abschaltventil 45 angeschlossen. Sobald der nicht dargestellte Servokolben gegen einen federbelasteten

mi Kolben 47 des Abschaltventils 45 fährt, wird über eine radiale Bohrung 48 und eine axiale Bohrung 49 eine Verbindung zwischen der Steuerleitung 46 und dem Druckraum 432 hergestellt, wodurch die Unterseite der Druckwaage entlastet wird. Im zweiten Fall ist in der

„, Stirnwand eines Servomotors 53 mit einem rechten Druckraum 532 ein einstellbares Abschaltventil 55 mit einer Steuerleitung 56 angeordnet. Mit dem Abschaltventil 55 ist ein Rückschlagventil 57 in einer

einstellbaren, mit einem Gewinde versehenen Ventilhülse 58 zusammengefaßt, die mittels einer Gegenmutter 59 gesichert ist. Sobald der Servokolben bei der einen Lenkrichtung gegen das Abschaltventil 55 fährt und dieses öffnet, wird der Hochdruck in der Steuerleitung 56 über das öffnende Rückschlagventil 57 zum Druckraum 532 hin entlastet und über die Leitung 12 mit dem Rücklauf verbunden. Dadurch wird der Zufluß zum belasteten Druckraum unterbunden, weil die Druckwaage 18 die Druckleitung 3 auf die Umgehungsleitung 20 geschaltet hat. Beim Lenken in die entgegengesetzte Richtung gilt das Entsprechende für ein entsprechendes Abschaltventil an der anderen Stirnwand des Servomotors 53.

In F i g. 6 ist ein Anwendungsbeispiel der Abschaltein- ι ϊ richtung für ein Knickgelenkfahrzeug 60 gezeigt. Ein Vorderwagen 61 und ein Hinterwagen 62 werden hierbei über zwei Servomotoren 63 und 64 gelenkt. Für jede Lenkrichtung ist am Hinterwagen 62 ein Abschaltventil 65 bzw. 66 vorgesehen, das durch einen zn am Vorderwagen 61 befestigten Arm 67 bzw. 68 jeweils über einen Stift 82 betätigt wird, sobald die Grenze eines Lenkausschlages erreicht ist. Ein Druckraum 69 des Servomotors 63 ist über eine Leitung 70 mit einem Druckraum 71 des Servomotors 64 verbunden und ein Druckraum 72 über eine Leitung 73 mit einem entsprechenden Druckraum 74. Von einem nicht dargestellten Steuerventil führt eine Leitung 75 zu einem seitlichen Anschluß 76 des Abschaltventils 65 und zu dem Druckraum 72 und eine Leitung 77 zu einem jo seitlichen Anschluß 78 des Abschaltventils 66 und zu dem Druckraum 71. Ferner führt eine Leitung 79 von der Federseite einer nicht dargestellten Druckwaage zu axialen Anschlüssen 80 und 81 der Abschaltventile 65 und 66. Zum leichteren Verständnis der Wirkungsweise r> der Abschaltventile 65 und 66 ist in F i g. 7 eine vergrößerte Schnittzeichnung des Abschaltventils 66 gezeigt.

Während die Funktion der Lenkanlage, insbesondere des in F i g. 6 nicht mehr dargestellten Steuerventils und der Druckwaage bereits weiter oben beschrieben worden ist, wird nachstehend ein Abschaltvorgang bei einem Knickgelenkfahrzeug anhand von Fig.6 und 7 näher erläutert. Wird beispielsweise derart gelenkt, daß der Vorderwagen 61 nach rechts ausgelenkt wird, so erhält der Druckraum 72 des Servomotors 63 und der Druckraum 74 des Servomotors 64 über die Leitung 75 bzw. die Leitung 73 das Hochdruckmittel zugesteuert, während das entlastete Druckmittel aus dem Druckraum 69 und aus dem Druckraum 71 über die Leitungen 70 und 77 und das Steuerventil zu einem Behälter verdrängt wird. Gleichzeitig wird der an der Federseite der Druckwaage herrschende Arbeitsdruck über die Leitung 79 und den Anschluß 80 bzw. 81 dem Abschaltventil 65 bzw. 66 zugeführt. Wenn nun im Verlauf der Rechtslenkung der rechte Arm 68 des Vorderwagen« 61 sich dem Abschaltventil 66 so weit genähert hat, daß das Abschaltventil 66 über den Stift 82 geöffnet und dadurch eine Verbindung zwischen dem unter Hochdruck stehenden Anschluß 81 und dem unter Niederdruck stehenden Anschluß 78 hergestellt wird, dann wird die Federseite der Druckwaage entlastet und der Kolben der Druckwaage verstellt, wodurch die Ser-opumpe in den Rücklauf fördert. Damit ist die weitere Zufuhr von Hochdruckmittel zu den Servomotoren 63 und 65 unterbrochen und diese somit abgeschaltet. Bei einem Lenkvorgang in entgegengesetzter Richtung, bei dem die Leitung 77 und die Leitung 75 Niederdruck führt, wird die Abschaltung der Servomotoren 63 und 65 in entsprechender Weise über das Abschaltventil 65 erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulische Lenkbegrenzung für hydrostatische Servolenkanlagen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Servopumpe, einer über das Lenkhandrad betätigbaren Steuerpumpe, einem Steuerventil, das über eine Druckmittelleitung mit der Servopumpe und über eine Rücklaufleitung mit einem Behälter verbunden ist, und mindestens einem Servomotor mit zwei Druckräumen, für die jeweils ein Abschaltventil in Form eines mechanisch bei einer Lenkbewegung aufsteuerbaren Rückschlagventils vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Federseiten der Abschaltventile (14 und 15) über eine Steuerleitung (16) und eine in Richtung Servomotor öffnende Rückschlagventilanordnung (17 bzw. 27a, 276, bzw. 37 bzw. 57) an die Federseite einer von einer Steuerdrosses (19) überbrückten Druckwaage (18) angeschlossen sind und daß die der Feder abgekehrte, andere Seite der Druckwaage (18) an die von der Servopumpe (2) zum Steuerventil (6) führende Druckmittelleitung (3) angeschlossen ist und den Druckmittelablauf in eine die Servopumpe (2) kurzschließende Umgehungsleitung (20) steuert, wodurch in den beiden Abschaltstellungen des Servokolbens (133) durch das entsprechende Abschaltventil (14 bzw. 15) die Federseite der Druckwaage (18) über den entlasteten Druckraum (131 bzw. 132) und das Steuerventil (6) mit der Rücklaufleitung (4) und die Druckmittelleitung (3) mit der Umgehungsleitung (20) verbunden wird.

2. Hydraulische Lenkbegrenzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltventile (24 und 25) mit je einem integrierten Rückschlagventil (27a bzw. 27ö^ versehen sind.