DE2403006A1

DE2403006A1 - Steuerventil fuer die druckmittelsteuerung von hilfskraftlenkungen, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2403006A1
Application number: DE19742403006
Authority: DE
Inventors: Dieter Elser; Manfred Dipl Ing Keller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1974-01-23
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1975-07-24
Also published as: SE7500586L; DE2403006C3; FR2258296A1; YU36463B; GB1477586A; JPS5744502B2; YU14875A; IT1026434B; JPS50124329A; FR2258296B1; DE2403006B2; SE404783B; BR7500474A; PL94956B1

Description

ZAHNRADFABRIK FRIEDRIGHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Steuerventil für die Druckmittelsteueru'ng von Hilfskraftlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für die Drucliinittels beuerung von Hilfskraftlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Ventilzylinder, einem gegenüber dem Ventilzylinder axial verschiebbaren Ventilkolben und zwei gegenüber dem Vantilzylinder unverschiebbaren und in Axialbohrungen des Ventilkolbens geführten Reaktionskolben.

Derartige Steuerventile haben neben der Steuerung des Druckmittels zu den Druckräumen eines ServoZylinders den Zweck, durch den zwischen den Reaktionskolben und dem Ventilkolben wirkenden unterschiedlichen Druck dem Fahrer' des Kraftfahrzeuges das Fahrgefühl einer mechanischen lenkung, jedoch mit vermindertem Kraftaufwand zu vermitteln .

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Ein solches Steuerventil ist beispielsweise aus der -DT-OS 2 121 002 bekannt. Ein Nachteil dieses Steuerventils bei bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs ist darin zu sehen, daß bei größeren Lenkbewegungen ein größerer Anstieg der vom Fahrer aufzubringenden Kraft am Lenkhandrad nicht zu vermeiden ist. Da bei niedriger Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise beim Parkieren, höhere Lenkwiderstände der gelenkten Fahrzeugräder auf der Fahrbahn auftreten, steigt dabei auch die Handkraft stark an. Gerade in diesem Betriebszustand des Fahrzeugs ist ein derartig starker Kraftanstieg jedoch nicht erwünscht.

Bei einer anderen bekannten Druckmittelsteuereinrichtung (DT-PS 1 238 789) wird dieser Kraftanstieg dadurch begrenzt, daß die Reaktionskraft, die der Fahrer überwinden muß, durch eine Zusatzeinrichtung ab einer bestimmten Lenkkraftgröße abgeschaltet wird oder nur noch gering ansteigt.

Der Einsatz einer solchen Zusatzeinrichtung, bei der zwei Ventilkolben als Stufenkolben ausgebildet sind, in denen je eine Steuerbüchse und eine weitere Ventilbüchse verschiebbar angeordnet sind, ist jedoch bei modernen Lenkeinrichtungen, denen nur ein geringer Einbauraum zur Verfügung steht, beispielsweise bei einem Steuerventil der oben genannten Offenlegungsschrift, nicht möglich.

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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Steuerventil, dessen Einbauraum beispielsweise durch Einbau in den Servokolben einer Hilfskraftlenkung eingeengt ist, mit einer LenkkraftbegrenZungseinrichtung zu versehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche ausgeführten Merkmale gelöst.

Nachstehend wird die Erfindung anband mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 die Anordnung eines Steuerventils in einer Hilfskraftlenkung,

Fig. 2 und Pig. 3 Ausführungsbeispiele des Steuerventils der Pig. 1 in vergrößertem Maßstab bei Mittelstellung des Ventilkolbens,

Pig. 4 das Steuerventil der Pig. 3 mit ausgelenktem Ventilkolben,

Pig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuerventils der Pig. 1 in vergrößertem Maßstab mit ausgelenktem Ventilkolben.

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Ein Steuerventil 1 ist in einer Hilfskraftlenkung nach Pig. 1 so angeordnet, daß den Stirnseiten eines Ventilkolbens 2 benachbarte Zulaufräume 3 und 4 über eine Leitung 5 ständig mit einer Servopumpe 6 verbunden sind. Eine zentrale Rücklaufnut 7 ist über eine Leitung 8 mit einem Behälter 9 verbunden. Zwei Ringnuten 1ü und 11 des Yentilkolbens 2 sind über Leitungen 12 und 13 mit Zylinderräumen 14 und 15 eines Servomotors 16 verbunden.

Auf die Darstellung eines Druck- und Strombegrenzungsventils, eines Nachsaugventils und des mechanischen Teils der Hilfskraftlenkung wurde verzichtet, da diese Teile für die erfindungsgemäße Wirkungsweise des Steuerventils ohne Bedeutung sind.

Das Steuerventil 1 ist in dem Ausführungsbeispiel in einem Kolben 17 angeordnet, der zusammen mit einem Lenkgehäuse 18 den Servomotor 16 bildet.

Der Ventilkolben 2 ist in einem Ventilzylinder 19 axial verschiebbar angeordnet und ist durch einen Zapfen 20 entsprechend der Drehung an einem nicht dargestellten Lenkhandrad verstellbar. In zwei Axialbohrungen 21 und (Fig. 2) des Ventilkolbens 2 sind zwei gegenüber dem Ventilzylinder 19 unverschiebbare Reaktionskolben 23 und 24 geführt. Diese Reaktionskolben 25 und 24 erzeugen bei

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einer Verschiebung des Ventilkolbens 2 aus seiner Mittellage eine Rückwirkungskraft, die dem vom Fahrer aufzubringenden Lenkkraftanteil eintspricht. In zur Mitte des Ventilkolbens 2 hin offenen Axialbohrungen 25 und 26 jedes Reaktionskolbens 23 bzw. 24 ist ein Überdruckventil 27 bzw. 28 angeordnet, das aus einem Hilfskolben 29 bzw. 30 und einer durch eine Druckfeder 31 bzw. 32 belasteten Kugel 33 bzw. 34 besteht.

Die Zulaufseiten der Überdruckventile 27 und 28, die durch den jeweiligen Ventilsitz der Kugel 33 bzw. 34 an dem Hilfskolben 29 bzw. 30 gebildet werden, sind über radiale Drosselbohrungen 35 bzw. 36 in den Reaktionskolben 23 bzw. 24 mit den Zulaufräumen 3 bzw. 4 verbunden. Zwei can den Ablauf selten der Überdruckventile 27 bzw. 28 angeordnete Federräume 37 bzw. 38 und zwei in den Axialbohrungen 21 bzw. 22 des Ventilkolbens 2 angeordnete Reaktionsräume 39 und 40 sind durch radiale Drosselbohrungen 41 bzw. 42 in dem Ventilkolben mit den Ringnuten 10 bzw. 11 verbunden.

Die Ringnuten 10 und 11 stehen bei Mittelstellung des' Ventilkolbens 2 über offene Zulauf steuerkanten 43 "bzw. 44 mit den Zulaufräumen 3 bzw. 4 und über offene Rücklaufsteuerkanten 45 bzw. 46, Ringnuten 47 bzw. 48 in dem Ventilzylinder 19 und Bohrungen 49 bzw. 50 mit der zentralen Rücklaufnut 7 in Verbindung.

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Eine andere Ausführungsform des Steuerventils ist in Fig. 3 gezeigt. Hierbei wurden die al3 Sitzventile ausgebildeten Überdruckventile 27 und 28 durch als Kolbenventile' ausgebildete Überdruckventile 327 bzw. 328 ersetzt.

In einer über Drosselbohrungen 51 bzw. 52 mit den Zulaufräumen 3 bzw. 4 verbundenen Axialbohrung 53 bzw. 54 jedes Reaktionskolbens 323 bzw. 324 ist ein Kolben 55 bzw. 56 angeordnet. Der Kolben 55 bzw. 56 weist seitliche Steuerflächen 57 bzw. 58 auf und wird von einer Druckfeder 59 bzw. 60 über einen Federteller 61 bzw. 62 in seiner Schließstellung gehalten. Die übrigen Teile des Steuerventils 301 entsprechen denen de3 Steuerventils 1 in Fig. 1.

Durch die Auslenkung des Yentilkolbens 2 in der in Fig. 4 gezeigten Weise wird der eine Zulaufraum 3 über die weit geöffnete Zulaufsteuerkante 43, die Ringnut 10 und die Leitung 12 mit dem einen Zylinderraum 14 verbunden. Der andere Zylinderraum 15 ist über die Leitung 13, die Ringnut 11, die weit geöffnete Rücklaufsteuerkante 46, die Ringnut 48 und die Bohrung 50 mit der zentralen Rücklaufnut 7 verbunden. Die entgegengesetzte Zulaufsteuerkante 44 und die entgegengesetzte Rücklaufsteuerkante 45 sind geschlossen.

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Der eine Reaktionsraum 39 ist über die Drosselbohrung 41, die Ringnut 10 und die offene Zulaufsteuerkante. 4 3 mit dem Zulaufraum 3 verbunden, während der andere Reaktionsraum 4ü über die Drosselbobrung 42, die Ringnut 11, die offene Rücklaufsteuerkante 46, die Ringnut 48 und die Bohrung 50 mit der zentralen Rücklaufnut 7 verbunden ist. Der Druckunterschied in den beiden Reaktionsräumen und 40 ergibt eine entgegengesetzt zu der Auslenkbewegung des Zapfens 20 auf den Ventilkolben 2 gerichtete Reaktionskraft. Diese Reaktionskraft ergibt die vom Fahrer des Fahrzeugs aufzubringende Lenkkraft.

An dem Überdruckventil 328 herrscht an dessen Ablaufseite der Rücklaufdruck der zentralen Rücklaufnut 7. Bei dem Überdruckventil 327 herrscht in dieser Stellung des Ventilkolbens 2 sowohl an der Zulaufseite als auch an der Ablaufseite der Arbeitsdruck des Zulaufraumes 3, der gleich dem des Zulaufraumes 4 ist.

Übersteigt der Arbeitsdruck eine durch' die Abmessungen des Überdruckventils 328 bestimmte Höbe, so öffnet das Überdruckventil 328, d. h. der Kolben 56 wird gegen die Kraft der Druckfeder 60 verschoben, bis die seitlichen Steuerflächen 58 des Kolbens 56 eine Verbindung herstellen zwischen dem Zulauf raum 4 und dem Reaktionsraum 40'.

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Der Druck des Zulaufraumes 4 wird über die Steuerflächen 58 gedrosselt in den Reaktionsraum 40 übertragen.

Da der Reaktionsraum 40 über die Drosselbohrung 42 mit der zentralen Rücklaufnut 7 verbunden ist, wird sich in diesem Reaktionsraum 40 ein Mischdruck einstellen, der dem Druck in dem Reaktionsraum 39 entgegenwirkt. Es wird somit deutlich, daß im normalen Fahrbetrieb eine ein sicheres Fahrgefühl erzeugende, mit steigendem Arbeitsdruck in den Zylinderräumen 14 und 15 wachsende Reaktionskraft erzeugt wird, während beim Parkieren die Reaktionskraft auf einen für einen leichten Parkiervorgang erträglichen Wert begrenzt wird.

Je nach den Anforderungen an die Lenkkraftcharakteristik läßt sich durch entsprechende Wahl der Durchmesser der Drosselbohrungen 35, 36, 41, 42, 51 und 52 der Druck in den Reaktionsräumen 39 und 40 und somit die Reaktionskraft oberhalb der durch die Überdruckventile festgelegten Höhe beeinflussen. Es ist beispielsweise eine vollständige Begrenzung der Reaktionskraft auf die festgelegte Höhe möglich oder aber ein weiteres geringfügiges Ansteigen oberhalb des Öffnungspunktes des Überdruckventils.

Beim Auslenken des Ventilkolbens 2 in entgegengesetzter Richtung gilt das Entsprechende.

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Die Punktionsweise des Steuerventils 1 der Pig. 2 entspricht der beschriebenen Wirkungsweise des Ventils 301 der Fig. 3 und Pig. 4 und wird deshalb nicht näher erläutert. ,

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Überdruckventile 527 und 528 nach Pig. 5 zwischen den Reaktionsräumen 539 bzw. 540 und der zentralen Rücklaufnut 7 in dem Ventilkolben 502 angeordnet. Die Reaktionsräume 539 und 540 sind einerseits durch 'die Überdruckventile 527 bzw. 528, andererseits durch die Reaktionskolben 523 bzw. 524 begrenzt und über Drosselbobrungen 63 bzw. 64 mit den Ringnuten 510 bzw. 511 verbunden. Die Ablaufseiten der Überdruckventile 527 und 528 sind über Drosselbohrungen 65 bzw. 66 mit den Ringnuten 47 bzw» und dadurch mit der zentralen Rücklaufnut 7 verbunden. Für die weiteren Teile des Steuerventils 501 gilt entsprechend die Beschreibung zur Pig. 1.

Durch ein Ausleriken des Ventilkolbens 502 in der in Pig. 5 gezeigten Richtung wird der eine Reaktionsraum über die Drosselbohrung 63 und die Ringnut 510 mit dem Zulaufraum 3 verbunden, während der andere Reaktionsraum 540 über die Drosselbohrung 64 und die Ringnut 511 mit der zentralen'Rücklaufnut 7 verbunden wird. Der entstehende

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Druckunterschied in den beiden Reaktionsräumen 539 und 540 ergibt eine entgegengesetzt zu der Auslenkbewegung des Zapfens 20 auf den Ventilkolben 502 gerichtete Reaktionskraft .

Übersteigt der als Reaktionsdruck in dem Reaktionsraum 539 wirkende Arbeitsdruck die durch das Überdruckventil 527 bestimmte Höhe, so öffnet dieses. Der Reaktionsdruck und damit die Reaktionskraft auf den Ventilkolben 502 steigt somit nicht bzw. je nach Bemessung der Drosselbohrungen 63 und 65 nur geringfügig weiter an.

Beim Auslenken des Ventilkolbens 502 in entgegengesetzter Richtung gilt das Entsprechende.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Überdruckventile 27 und 28 bzw. 327 und 328 bzw. 527 und 528 in dem Steuerventil 1 bzw. 301 bzw. 501 ist in vorteilhafter Weise eine Lenkkraftbegrenzung für Lenkungen mit geringem Einbauraum ermöglicht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die zwischen den Reaktionsräumen und den Ringnuten des Venfcilkolbens angeordneten Drosselbohrungen bei derartigen Steuerventilen auftretende Schwingungen wirkungsvoll gedämpft werden. Außerdem ist durch entsprechende

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Bemessung der Drosselbohrungen vor und hinter den Überdruckventilen eine vollständige oder teilweise Begrenzung der Reaktionskraft oberhalb eines bestimmten Wertes möglich.

21.1.1974

T-PA Fa/fi) Akte 5210

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Claims

Patentansprüche

' 1.\ Steuerventil für die Druckmittelsteuerung von HisUr-skraftlenkungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, "bestehend aus einem Ventilzylinder, einem gegenüber dem Ventilzylinder axial verschiebbaren Ventilkolben und zwei gegenüber dem Ventilzylinder unverschiebbaren und in Axialbohrungen des Ventilkolbens geführten Reaktionskolben und mit zwei in den Axialbohrungen des Ventilkolbens durch die Reaktionskolben begrenzten Reaktionsräumen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilkolben (2, 502) zwei wechselweise vom Arbeitsdruck steuerbare und als Überdruckventile (27 und 28, 327 und 328, 527 und 528) ausgebildete Lenkkraftbegrenzungsventile vorhanden sind, duroh welche oberhalb eines bestimmten Arbeitsdruckes der Druck in jeweils einem der Reaktionsräume (39 bzw.. 40; 539 bzw. 540) in Richtung einer Angleichung an den Druck in dem anderen Reaktionsraum (40 bzw. 39; 540 bzw. 539) veränderbar ist.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Überdruckventil (?7 bzw. 28, 327 bzw. 328) in zur Mitte des Ventilkolbens (2) hin offenen Axialbohrungen (25 bzw. 26, 53 bzw. 54) jedes Reaktionskolbens (23 bzw. 24, 323 bzw. 324) angeordnet ist, dessen Zulauf-

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seite mit einem Zulaufraum (3 bzw. 4) des Steuerventils (1, 301) verbunden ist, während dessen Ablaufseite mit einer Ringnut (10 bzw. 11) des Ventilkolbens (2) und dadurch je nach der Stellung des Ventilkolbens (2) mit dem Zulaufraum (3 bzw. 4) bzw. mit einer zentralen Rücklaufnut (7) des Steuerventils (1, 301) verbunden ist.
3. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsräume (39 und 40, 539 und 540) durch Drosselbohrungen'(41 bzw. 42, 63 bzw. 64) mit zwei Ringnuten (10 bzw. 11, 510 bzw. 511) des Ventilkolbens (2, 502) verbunden sind.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Ventilkolben (2, 502) bzw. in den Reaktionskolben (323 und 324) angeordneten Zulauf- und Ablaufbohrungen zu und von den Überdruckventilen (27 und 28, 327 und 328, 527 und 528) als Drosselbohrungen (35 und 36, 41 und 42, 51 und 52, 63 und 64, 65 und 66) ausgebildet sind.
5. Stouerven til nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckventile (27 und 28, 527 und 528) als Kugelsitzventile ausgebildet sind.

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6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdruckventile (527 und 328) als Kolbenventile ausgebildet sind, deren Kolben (55 bzw. 56) mit seitlichen Steuerflächen (57 bzw. 58) versehen sind.

21.1.1974

T-PA Fa/fn Akte 5210

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