DE2436315C2 - Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmittelfolgesteuerung für Servolenkungen von Fahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.

Eine derartige Druckmittelfolgesteuerung ist bereits Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 23 61 893 (DE-PS 23 61 893), welcher die Aufgabe zugrunde lag, bis zum Erreichen einer Grenzbetätigungskraft eine rein mechanisch-hydraulische Kraftübertragung vom Fahrzeuglenker zu den gelenkten Rädern ohne Servounterstützung zu gewährleisten. Anders ausgedrückt, es sollte mit einfachen Mitteln eine Ansprechschwelle erreicht werden. Da die Vorspannung der Regelfedern nicht nur die Ansprechschwelle bestimmt, sondern auch den Vordruck in den Arbeitsräumen des Servomotors, war in der DE-PS 23 61 893 auch bereits das Problem angesprochen, wie bei einer vergleichsweise niedrigen Ansprechschwelle dennoch ein hoher Vordruck erreicht werden könne. Zur Lösung des Problems wurde eine Zusatzfeder eingebaut, die mit einer Regelfeder in Reihe geschaltet war derart, daß eine Unterstützung der über das Betätigungsglied eingeleiteten Bewegung stattfand.
Es hat sich nun in der Praxis gezeigt, daß in vielen Fällen ein zu hoher Vordruck unerwünscht ist, da er die Dichtungsreibung vergrößert und damit die Rückstellung der gelenkten Räder in die Geradeausstellung erschwert. Da die Regelfeder in jedem Fall den

ίο Vordruck bestimmt und sich die Hebelarme des Betäligungsgliedes nicht beliebig verkürzen lassen, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die gesamte Ansprechschwelle in zwei Teilbeträge aufzuspalten und einer Regelfeder nur einen dieser

Ii Teilbeträge zuzuordnen. Die dazu notwendige Anordnung soll klein und mit einfachen, billigen Mitteln zu verwirklichen sein.

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

Patentanspruchs.

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß durch die konzentrische Anordnung zweier Federn sich ein sehr geringer Einbauraum ergibt und darüber hinaus durch geeignete Bemessung und Vorspannung der Federn sich der Vordruck in den Arbeitsräumen relativ zur Höhe der Ansprechschwelle variieren läßt.

Die Erfindung yard anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine Druckmittelfolgesteuerung für die Servolenkung eines Kraftfahrzeuges im Schnitt und zum Teil mit Hilfe von Hydrauliksymbolen.

F i g. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Schnitt durch die Achsen der Steuerkolben entsprechend der SchnittlinieC-Dvon Fig. 1.

si Ein Lenkrad 1 ist mit einem Betätigungsglied 2 wirkungsmäßig verbunden, wie durch die strichpunktierte Linie 3 angedeutet ist. Das Betätigungsglied 2 ist mitteis zweier Lager 4 und 5 in einem Ventilgehäuse 6 gelagert, das mit einem Servomotor 7 und außerdem mit

•to gelenkten Fahrzeugrädern 8 in Wirkverbindung steht, wie durch strichpunktierte Linien 9 und 10 angedeutet ist Das Ventilgehäuse 6 ist seinerseits mittels Lager 11 und 1Γ gelagert sowie mit einer schwimmenden Büchse 12 im Gehäuse 13 gepaart

Das Gehäuse ist mit Anschlüssen P, A. B und T versehen. Eine Pumpe 14 fördert über ein Rückschlagventil 15 sowie eine Leitung 16 Druckmittel zum Anschluß P, wobei an die Leitung 16 ein Druckspeicher 17 angeschlosser:- ist. Bei gefülltem Druckspeicher 17

ίο fördert die Pumpe 14 über ein stromauf vom Rückschlagventil 15 angeschlossenes und vom Druck in der Leitung 16 gesteuertes Abschaltventil 18 drucklos in einen Vorratsbehälter 19 zurück. Die Pumpe 14 ist weiterhin durch ein Druckbegrenzungsventil 20 abgesichert. An den Anschluß T ist ein Ablauf 21 angeschlossen. Von den Anschlüssen A und B führen Leitungen 22 und 23 zu Arbeitsräumen 24 und 25 mit jeweils gleichgroßen Wirkflächen innerhalb des Servomotors 7. Die Arbeitsräume 24 und 25 werden durch

bo einen Arbeitskolben 26, der mit beidseitigen Kolbenstangen 27 und 28 versehen ist, voneinander getrennt Die Anschlüsse P, A und B münden in Ringnuten 29,30 und 31 innerhalb der Büchse 12, die jeweils durch Querbohrungen mit entsprechenden Ringnuten 29', 30'

b5 und 3Γ im Innern der Büchse 12 verbunden sind. In die letzteren Ringnuten münden nicht näher dargestellte Quer- bzw. Längskanäle innerhalb des Ventilgehäuses 6, welche zu noch zu beschreibenden Ventilgliedern

führen. Der Anschluß T mündet in einen Ringraum 32 zwischen einer Dichtung 33 und dem stirnseitigen Ende der Büchse 12. In diesem Ringraum 32 mündet ein Kanal 34, der ebenfalls innerhalb des Ventilgehäuses 6 verläuft. Gemäß Fig.2 sind im Ventilgehäuse 6 quer- und außermittig zu dessen Achse Bohrungen 35 und 36 angebracht, in denen Steucrkolben 37 und 38 gleitbar angeordnet sind. Die Bohrungen 35 und 36 sind stirnseitig durch Dichtstopfen 39 und 40 verschlossen. Die Räume zwischen den Dichtstopfen 39 und 40 und den Steuerkolben 37 und 38 werden als Reaktionsräume 41 und 42 bezeichnet. Auf ihren den Reaktionsräumen 41 und 42 abgewandten Selten werden die Steuerkolben 37 und 38 von Regelfedern 43 und 44 belastet, die sich an Federwiderlagern 45 und 46 abstützen. Die Bohrungen 35 und 36 erweitern sich ein gewisses Maß vor ihrem Ende zu Bohrungen 47 und 48, in denen Schraubenfedern 49 und 50 angeordnet sind, die sich ebenfalls an den Federwiderlagern 45 und 46 abstützen und mit ihrem anderen Ende an Absätzen 51 und 52 zwischen den Bohrungen 35 und 47 bzw. 36 und 48 anliegen. Die Federwiderlager 45 und 46 können sich an Anschlägen 53 und 54 innerhalb des Ventilgehäuses 6 abstützen. Die Federwiderlager 45 und 46 enthalten Durchgangsbohrungen 55 und 56, weiche etwa dem Innendurchmesser der Regelfedern 43 und 44 entsprechen. Stößel 57 und 58 durchdringen die Durchgangsbohrungen 55 und 56 bzw. die Regelfedern 43 und 44 und wirken auf Stellschrauben 59 und 60. Diese Stellschrauben 59 und 60 sind innerhalb von Zentrierschrauben 61 und 62 angeordnet, die ihrerseits in dem in diesen Bereich zu einem Hebel 2' ausgebildeten Betätigungsgiied verstellbar angeordnet sind. Die Zentrierschraubeit 61 und 62 wirken auf die Federwiderlager 45 und 46 ein. Die Bohrung 35 erweitert sich etwa in der Mitte ihrer axialen Ausdehnung zu einer Ringnut 63, in welche ein Kanal/4'mündet, derauf nicht näher dargestellte Weise über die Ringnuten 30' und 30 mit dem Anschluß A verbunden ist. In der Neutralstellung des Steuerkolbens 37 liegt der Ringnut 63 eine Schulter 64 gegenüber, an welche sich die Ringnuten 65 und 66 im Steuerkolben 37 anschließen. In die Ringnut 65 mündet auf nicht näher dargestellte Weise ein dem Kanal 34 entsprechender Kanal. Im Bereich der Ringnut 66 wird die Bohrung 35 von einem Kanal P' angeschnitten, dsr auf nicht näher dargestellte Weise über die Ringnuten 29' und 29 mit dem Anschluß P verbunden ist. Die Ringnut 63 ist über einen Kanal 67 innerhalb des Steuerkolbens 37 dauernd mit dem Reaktionsraum 41 verbunden. Die wirksamen Steuerksnten der Schulter 64 sind mit 68 und 69 bezeichnet. In analoger Weise erweitert sich die Bohrung 36 zu einer Ringnut 70, die von einem Kana! B' angeschnitten wird, der seinerseits mit dem Anschluß B in Verbindung stjht. In der Neutralstellung des Steuerkolbens 38 liegt der Ringnut 70 eine Schulter 71 gegenüber, die mit Sleuerkanten 72 und 73 versehen ist. An die Schulter 71 schließen sich beidseitig Ringnuten 74 und 75 an. Im Bereich der Ringnut 75 mündet ein Kanal P", der mit dem Anschluß P in Verbindung steht. Im Bereich der Ringnut 74 mündet der Kanal 34. Die Ringnut 70 ist über einen Kanal 76 dauernd mit dem Reaktionsraum 42 verbunden. Der die Steuerkolben 37 und 38 beinhaltende Teil des Ventilgehäuses 6 wird von einem topfförmigen Deckel 77 umgeben, der einerseits dicht an dem ortsfesten Gehäuse 13 befestigt ist und andererseits eine abgedichtete Durchdringung 78 für das Betätigungsglied 2 besitzt. Ein Raum 79 zwischen Deckel 77 und Betätigungsgiied 2 bzw. Ventilgehäuse 6 und Gehäuse 13 ist über einen Kanal 80 innerhalb des Ventilgehäi'ses 6 in den Ringraum 32 bzw. den Anschluß Tentlüftet

Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß am Anschluß P zunächst kein Druck herrsche und am Lenkrad 1 ebenso wie an den Rädern 8 keine Kräfte aufgewendet werden. Die Steuerkolben 37 und 38 werden unter diesen Bedingungen durch die Regelfedern 43 und 44 unter Verkleinerung der Reaktionsräufo me 41 und 42 gegen die Dichtstopfen 39 und 40 gedrückt Wenn nunmehr die Pumpe 14 eingesthaltet wird, gelangt Druckmittel über den Anschluß P in die Kanäle P' und P". Da die Steuerkanten 69 und 73 die Verbindungen P'—A' bzw. P"—B' hergestellt haben, gelangt das Druckmittel auch über die Anschlüsse Λ und B in die Arbeitsräume 24 und 25. Gleichzeitig gelangt es über die Kanäle 67 und 76 in die Raktionsräume 41 und 42. Sobald der Druckanstieg zur Oberwindung der Federkräfte ausreicht werden die Steuerkolben 37 und 38 unter Verkürzung der Regelfeder' 43 und 44 bewegt, wobei die Verbindungen P'—A' bzw. ""-B' zunehmend gedrosselt und schließlich gesperrt werden. In dieser als Neutralstellung bezeichneten Stellung der Steuerkolben 37 und 38 herrscht in den Reaktionsräu-2> men 41 und 42 bzw. den Arbeitsräumen 24 und 25 ein Vordruck, welcher der vorhandenen Vorspannung der Regelfedern 43 und 44 entspricht Zur weiteren Erläuterung sei nunmehr angenommen, daß das Lenkrad 1 und damit das Betätigungsgiied 2 im Uhrzeigersinn bewegt werden. Solange an den Rädern 8 nur geringe Kräfte unterhalb einer Ansprechschwelle zu überwinden sind, wird der im folgenden beschriebene Arbeitsablauf stattfinden. Der Kraftfluß vom Betätigungsglied 2 erfolgt über den Hebel 2' und die j3 Zentrierschraube 61 auf das Federwiderlager 45. Da aber sowohl die Schraubenfeder 49 als auch die Regelfeder 43 mit einer Vorspannung versehen sind, wird dem Abheben des Federwiderlagei s 4S vom Anschlag 53 zunächst ein Widerstand entgegengesetzt, so so daß der Kraftfluß von der Zentrierschraube 61 eine.seits über die Schraubenfeder 49 und andererseits über die Regelfeder 43, den Steuerkolben 37 und das Druckmittelpolster im Reaktionsraum 4! auf das Ventilgehäuse 6 erfolgt. Solange die Vorspannungen der Vi Schraubenfeder 49 und Regelfeder 43 nicht überwunden werden, folgt daher das Ventilgehäuse 6 der Bewegung des Betätigungsgliedes 2 ohne Auftreten einer Relativbewegung nach und überträgt die Bewegung ohne hydraulische Verstärkung auf die gelenkten Fahrzeugvi räder 8 bzw. auf den. Arbeitskolben 26. Der Arbeitskolben 26 möge sich dabei nach rechts bewegen, so daß Druckmittel aus dem Arbeitsraum 25 verdrängt wird. Diise Verdrängung bewirkt einen geringfügigen Druckanstieg, der sich über den Anschluß B und den Kanal B' ■>*■ sowie den Kanal 76 in den Reaktionr.raum 42 fortpflanzt. Hier bewirkt der geringfügige Druckanstieg, daß der Steuerkoiben 38 unter weiterer Spannung der Regeifeder 44 soweit verschoben wird, bis die Steuerkante 72 die Verbindung von der Ringnut 70 zur 5t) Ringnut 74 herstellt, oder anders ausgedrückt, den Arbeitsraum 25 mit dem Ablauf verbindet. Da am Steuerkolben 38 nur sehr geringe Wege zum Herstellen der genannten Verbindung zurückzulegen sind, tritt tatsächlich nur ein unwesentlich höherer Druck auf. Der ö Stößel 58 kommt dabei zunächst mit dem Steuerkolben 38 nicht in Kontakt. Auf der anderen Seite bewirkt die Verschiebung des Arbeitskolbens 26 einen Druckabfall im Arbeitsraum 24 und damit ebenfalls einen Druckab-

fall in dem damit kommunizierenden Reaktionsraum 41. Dieser Druckabfall hat zur Folge, dall die Regelfeder 43 den Steuerkolben 37 in eine Stellung verschiebt, in welcher die Steuerkante 69 die Verbindung P'—A' herstellt. Das Druckmittel hat damit die Möglichkeit, den sich vergrößernden Arbeitsraum 24 auszufüllen. Dieses Auffüllen findet aber keineswegs im Sinne einer Verstärkung statt, da der Druck des nachströmenden Druckmittels keinesfalls den ursprünglichen Vordruck übersteigt. Eine ähnliche selbsttätige Bewegung der Steuerkolben 37 und 38 ergibt sich, wenn der Arbeitskolben 26 durch die zu lenkenden Fahrzeugriider 8 gezogen wird, wie es zum Beispiel beim selbsttätigen Rückstellen in die Geradeausstellung der Fall sein könnte. Wenn nun vorausgesetzt wird, daß die am Betätigungsglied aufzubringende Kraft weiter ansteigt, werden schließlich die Vorspannungen der Federn 43 und 49 überwunden. An diesem Punkt wird die Ansprechschwelle überschritten und das Federwiderlager 45 hebt vom Anschlag 53 ab. Dabei wird die Regelfeder 43 weiter gespannt und schiebt den Steuerkolben 37 in eine Stellung, in welcher die Verbindung P'—A' hergestellt wird. Der Druck im Reaktionsraum 41 erhöh; sich entsprechend der erhöhten Vorspannung der Schraubenfeder 43, so daß sich im Endeffekt auch der Druck im Arbeitsraum 24 erhöht und im Sinne einer Servountcrstützung auf den Arbeitskolben 26 einwirkt. Daneben wird selbstverständlich ein den Vorspannungen der Federn 43 und 49 entsprechender Kraftanteil direkt ohne Verstärkung übertragen. Es ist hier zu bemerken, daß der Steuerkolben 37 im wesentlichen in der Nähe seiner Neutralstellung verharrt. In Folge der Relativbewegung zwischen Betätigungsglied 2 und Steuerkolben 37 nähert sich der Stößel 57 dem letzteren an, bis schließlich ein mechanischer Kontakt stattfindet. Von diesem Augenblick an entsteht die Funktion eines herkömmlichen Steuerventils. Während dieser ganzen Vorgänge wirkt der Steuerkolben 38 in der bereits beschriebenen Weise. Eine Bewegung des Lenkrades -, gegen den Uhrzeigersinn bewirkt die entsprechenden Vorgänge jeweils für den anderen Steuerkolben. Mit Hilfe der Zentrierschrauben 61 und 62 ist es möglich, den Hebel 2' symmetrisch bezüglich des Ventilgehäuses 6 einzustellen. Mit Hilfe der Stellschrauben 56 und 60

ίο schließlich ist es möglich, ein bestimmtes Spiel zwischen den Stößeln 57 und 58 und den Steuerkolben 35 und 38 herzustellen. Dieses Spiel muß mindestens so groß bemessen sein, daß der Steuerkolben einen Ablauf des Druckmittels ohne wesentlichen Druckanstieg ermög-

Ii licht. Es sei noch erwähnt, daß das Federwiderlager des den Ablauf steuernden Steuerkolbens nach Überwinden der Ansprechschwelle seinen Kontakt mit der zugehörigen Zentrierschraube verliert, so daß die dort wirkenden Federn keinerlei Einfluß auf die Höhe der

:o Ansprechschwelle oder auf das Verhalten des den Zulauf steuernden Steuerkolbens haben.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere bezüglich der Form und Anordnung der Steuerkolben sind verschiedene Varianten denkbar. So ist es auch ohne weiteres möglich, die Steuerkolben fluchtend anzuordnen und durch «iinen gemeinsamen Nocken oder dergleichen zu bewegen. Es ist natürlich möglich, die Steuerventileinrichtung in eine Blocklenkung zu integrieren. Obwohl

jo der Servomotor des Ausführungsbeispiels mit gleichgroßen Wirkflächen dargestellt wurde, kann die Erfindung selbstverständlich auch auf Servomotoren mit ungleichen Wirkflächen angewendet werden. In einem solchen Fall wird man die Größe der Reaktions-

J5 flächen dem Verhältnis der Wirkflächen des Servomotors anpassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Druclcmittelfolgesteuerung für Servolenkungen mit zwei in einem Ventilgehäuse angeordneten, von einem gemeinsamen Betätigungsglied betätigbaren Steuerventilen zum wechselweisen Verbinden der Arbeitsräume eines hydraulischen Servomotors mit einer Druckquelle oder einem Ablauf sowie mit einer mechanischen Rückführung der Bewegung des arbeitsaktiven Teiles des Servomotors auf die Steuerventile und einer Rückmeldung der in den Arbeitsräumen bestehenden Drücke an das Betätigungsglied über von diesen Drücken beaufschlagte Reaktionsflächen an den Steuerkolben der Steuerventile oder Reaktionsflächen an mit den Steuerkolben wirkungsmäßig verbundenen Reaktionsgliedern, wobei die Steuerventile jeweils vom Druck eines Arbeitsraums mit Hilfe der Reaktionsflächen gegen die Kraft einer Regelfeder gesteuerte Druckregilventile jener Art sind, die unterhalb eines von der Vorspannung der Rejgelfeder abhängigen Druckes eine Verbindung von der Druckquelle_zum Arbeitsraum herstellen, diese Verbindung bei Überschreiten des Druckes zunehmend drosseln und schließlich in einer als hydraulische Nullstellung bezeichneten Schaltstellung sperren und bei weiterer Druckerhöhung eine Verbindung vom Arbeitsraum zum Ablauf öffnen, wobei die Vorspannung der Regelfeder durch das Betätigungsglied veränderbar ist und ausgehend von der hydraulischen Nullstellung der Steuerkolben die Regelfedern unterhalb einer durch das Betätigungsglied auf sie ausgeübten Grenzbetätigungskraft sick mit ihren dem Betätigungsglied zugewandter. Enden direkt oder unter Zwischenschaltung von Fed« /iderlagern am Ventilgehäuse oder einem fest damit verbundenen Teil abstützen und bei Überschreiten der Grenzbetätigungskraft durch das Betätigungsglied eine der Regelfedern abgehoben wird, während die andere ihre Wirkverbindung mit dem Betätigungsglied verliert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Regelfeder (43, 44) von einer zusätzlichen Schraubenfeder (49, 50) konzentrisch umgeben ist, die sich betätigungsgliedseitig ebenso abstützt wie die Regelfeder (43,44) und mit ihrem anderen Ende am Ventilgehäuse (6) ihr Widerlager Findet.