DE2633011B2 - Hydrostatische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

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Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Hilfskraftlenkungen der angeführten Bauart mit einem in der Neutralstellung den Arbeitszylinder blockierenden Steuerventil (z.B. US-PS 20 20 951 und Druckschrift der Zahnradfabrik Friedrichshafen AG w »ZF-Ross-Servostat, hydrostatische Lenkung, Typenreihe 8440 bis 8455«, insbesondere Seite 3 oben) werden vorzugsweise in Arbeitsmaschinen, beispielsweise der Bauindustrie, oder in Maschinen für den Geländeeinsatz verwendet. w

In derartigen Fahrzeugen ist ein selbsttätiger Rücklauf der eingeschlagenen Räder in die Geradeausfahrtstellung unerwünscht. Die Bedienung der Arbeitshydraulik beansprucht nämlich den Fahrer zeitweise so stark, daß er hierzu beide Hände benötigt und das w> Lenkhandrad losläßt. Dabei muß gesichert sein, daß sich die eingestellte Fahrtrichtung nicht ändert. Das in der Neutralstellung den Arbeitszylinder blockierende Steuerventil verhindert ein Verstellen der Räder durch Fahrbahnstöße. ·»

Bei hydrostatischen Hilfskraftlenkungen treten besondere Probleme dadurch auf, daß in jedem Betriebszustand eine vollständige Füllung des Arbeitszylinders gesichert sein muß. Bei einem Steuerventil nach dem Durchflußsystem kann Drucköl über zwischen der Handpumpe und dem ölbehälter angeordnete Kurzschlußventile nachgesaugt werden. Bei einer Hilfskraftienkung mit blockiertem Steuerventil sind die Kurzschlußventile in der Neutralstellung des Steuerventils jedoch unwirksam und können die Entstehung eines Unterdruckes im Arbeitszylinder nicht verhindern. Ein im Arbeitszylinder in der Neutralstellung des Steuerventils entstehender Unterdruck ist bei diesen Einrichtungen nur durch eine Drehbewegung am Lenkhandrad zu beseitigen. Ein Unterdruck kann durch Lecköl an den Blockierkanten entstehen und sich durch einen Aufschaukelprozeß rasch verstärken. Dieser Vorgang soll nachstehend näher erläutert werden: Wirkt auf den Kolben des Arbeitszylinders, z. B. durch einen Fahrbahnstoß, eine Kraft nach rechts, so baut sich in der rechten Zylinderleitung ein Druck auf und es entsteht an der geschlossenen Steuerkante zwischen dem Ventilkolben und dem Lenkgehäuse eine Leckströmung zum ölbehälter. Im gegenüberliegenden Druckraum des Arbeitszylinders kann infolge der Blockierung kein Drucköl nachströmen, so daß sich ein Unterdruck ausbildet Wirkt nunmehr eine Kraft in entgegengesetzter Richtung auf den Kolben, so findet dieser zunächst wegen des Unterdrucks im linken Druckraum keinen Halt Der Kolben bewegt sich vielmehr um den der Leckströrr.ung entsprechenden Weg ungehindert nach links. Bei dieser Bewegung entsteht wiederum im rechten Druckraum eine Druckabsenkung. Schlägt der Kolben auf die ölsäule im linken Druckraum auf, so entsteht dort durch die Massenkräfte ein relativ hoher Druck und eine entsprechende Leckölmenge tritt aus. Durch Wiederholen dieses Vorganges entwickelt sich am Arbeitszylinder eine Flatterbewegung mit zunehmender Amplitude, die die Fahrsicherheit erheblich beeinträchtigen kann.

Der beschriebene Mangel ließe sich zwar auf einfache Weise beheben, wenn die beiden Arbeitszylinder-Leitungen über in Richtung zu den Druckräumen öffnende Kurzschlußventile mit dem ölbehälter verbunden würden. Diese Anordnung stellt aber, abgesehen von dem Mehraufwand, ein zusätzliches Sicherheitsrisiko dar, weil mit einem Ausfall eines dieser Ventile ein Versagen der Lenkung verbunden ist.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Hilfskraftlenkung mit in der Neutralstellung blockiertem Arbeitszylinder, in der Neutralstellung des Steuerventils, die Ausbildung eines störenden Unterdrucks im Arbeitszylinder zu verhindern. Diese Forderung soll ohne die Beeinträchtigung der Fahrsicherheit mit einem möglichst geringen Bauaufwand erfüllt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch enthalten.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird das Lenkverhalten einer hydrostatischen Hilfskraftlenkung mit blockiertem Arbeitszylinder erheblich verbessert und durch Kavitation bedingte Flatterbewegungen im Arbeitszylinder zuverlässig verhindert.

Erläuterung der Erfindung

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Es zeigt

F i g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine hydrostatische Hilfskxaftlenkung nach der Erfindung in Neutralstellung und

Fig.2 das Ölschema der Hilfskrafttenkung nach Fig. 1.

Beim Drehen eines Lenkhandrades ί wird ein Rotor 2 einer Handpumpe 3 über eine Lenkspindel 4, einen Torsionsstab 5 sowie eine Gelenkwelle 6 angetrieben. Dabei wird der Torsionsstab 5 in sich verdreht, so daß eine Relativbewegung zwischen der Lenkspindel 4 und der Gelenkwelle 6 stattfindet. Eine mit einer Radialbohrung 9 versehene Ventilbüchse 7 eines Steuerventils 8 ist einerseits über eine Mitnehmerverzahnung 40 mit der Gelenkwelle 6 und andererseits über einen schraubenförmigen Schlitz 10, in welchen ein in die Lenkspindel eingepreßter Mitnehmerstift 11 eingreift, mit der Lenkspindel 4 verbunden. Durch diese Anordnung ist in bekannter Weise eine Axialverschiebung der Ventilbüchse 7 innerhalb eines bestimmten Steuerspiels möglich. Das Steuerspiel für die Ventilbüchse 7 ist dabei sowohl durch den Schlitz 10 und den Mitnehmerstift 11 als auch durch einen als Totgangkupplung wirkenden Anschlagring 12 begrenzt. Nach Überwinden des Steuerspiels wird daher das am Lenkhandrad wirkende Drehmoment nicht nur über den Mitnehmerstift 11 und den Schlitz 10 auf die Ventilbüchse 7 übertragen, sondern zusätzlich noch über den mit der Ventilbüchse verbundenen und mit Flankenspiel (nicht sichtbar) in die Lenkspindel 4 eingreifenden Anschlagring 12. Die Verbindung zwischen der Ventilbüchse 7 und dem Anschlagring 12 erfolgt über eine leicht verschiebbare Keilverzahnung 40 bzw. 41. Der Arbeitsstrom einer Hochdruckpumpe 13 wird über Zulaufkanäle 14 und 14Λ in einem Lenkgehäuse 15 und über das Steuerventil 8 je nach Drehrichtung des Lenkhandrades 1 einem Druckkanal 16 oder 17 und damit der Handpumpe 3 zugeleitet. Der Arbeitsdruck der Hochdruckpumpe 13 ist durch ein Druckbegrenzungsventil 18 auf einen Höchstwert eingestellt.

Der von der Handpumpe dosierte Arbeitsstrom gelangt entsprechend dem Lenkeinschlag vom Druckkanal 16 oder 17 über einen Verbindungskanal 20 oder 21 zu einem Druckraum 22 oder 23 eines Lenkzylinders 24, durch dessen Kolbenstange 30 die Räder des Fahrzeugs verschwenkt werden. Das aus dem jeweils entlasteten Druckraum des Lenkzylinders 24 verdrängte öl fließt drucklos über den Verbindungskanal 20 oder 21, über das Steuerventil 8 und über einen Zwischenkanal 25 oder 26 zu einem Rücklaufkanal 27, der zu einem Behälter 28 führt. In den Rücklaufkanal 27 und in einen weiteren, mit dem Rücklaufkanal 27 verbundenen Kanal 33 sind in Richtung zum Behälter 28 schließende Kurzschlußventile 31 bzw. 32 eingesetzt. Diese Kurzschlußventile haben die Aufgabe, beim Ausfall der von der Antriebsmaschine angetriebenen Hochdruckölpumpe 13, also beim Lenken ohne hydraulische Unterstützung, ein Nachsaugen von Drucköl durch die Handpumpe 3 aus dem Behälter 28 zu ermöglichen. Das Kurzschlußventil 31 hat beim Lenken mit Hilfskraft noch die weitere Aufgabe, zusätzliches Drucköl bei einer Aufwärtsbewegung des Druckzylinderkolbens nachzusaugen, weil die aus dem Druckraum 23 verdrängte ölmenge nicht ausreicht, den Druckraum 22 zu füllen. Dieses letztere Nachsaugen hat seine Ursache in den unterschiedlichen Hubvolumina der beiden Druckräume 22 und 23.

Die Ventilbüchse 7 ist derart ausgebildet, daß in der gezeichneten Neutralstellung (Fig. 1) der untere, an eine Gehäuseringnut 34 angeschlossene Druckraum 22 durch eine Steuerkante 35 blockiert ist Der obere, an eine Gehäuseringnut 36 angeschlossene Druckraum 23

ίο hingegen steht über eine offene Steuerkante 37 über die Bohrung 9 und über einen Innenraum 38 der Ventilbüchse 7 mit dem zur Handpumpe 3 führenden Druckkanal 17 in Verbindung. Hinsichtlich der Blockierwirkung ergibt sich somit der überraschende Effekt, wie bei einem beidseitig gesperrten Arbeitszylinder, da ein im Druckraum 22 wirkender Druckstoß unmittelbar am Steuerventil 8 abgefangen wird, während ein im Druckraum 23 wirkender Druckstoß auf dem Umweg über die Handpumpe 3 gleichfalls am Steuerventil blockiert wird.

Die Wirkungsweise

Die Hilfskraftlenkung wirkt beim Drehen am Lenkhandrad nach links oder rechts in der allgemein bekannten Weise.

In Fig. 1 und 2 ist die Neutralstellung gezeichnet, in welcher die Ventilbüchse 7 ihre Mittenstellung einnimmt. Diese Mittenstellung ergibt sich immer dann, wenn keine Kräfte auf das Lenkhandrad 1 und die

»ι gelenkten Räder einwirken. Der von der Hochdruckpumpe 13 erzeugte Förderstrom wird vom Zulaufkanal 14 über die offenen Steuerkanten der Ventilbüchse 7 in die Zwischenkanäle 25 und 26 geleitet und von diesen über den Rücklaufkanal 27 dem Behälter 28 zugeführt.

S3 Das öl in den anderen Kanälen und in der Handpumpe 3 ist dabei nicht in Bewegung. Der Lenkzylinder ist dabei einerseits unmittelbar durch das Steuerventil 8 und andererseits auf dem Umweg über die Handpumpe 3 am Steuerventil blockiert, so daß die gelenkten Räder die eingestellte Fahrtrichtung halten. Wirkt in der Neutralstellung der Ventilbüchse 7 auf das im Druckraum 22 eingeschlossene ölpolster über die Kolbenstange 30 eine Kraft, beispielsweise durch einen Fahrbahnstoß, so kann sich eine Leckströmung von der Gehäuseringnut

•i") 34 zum Zwischenkanal 25 und damit zum Rücklaufkanal 27 ausbilden. Infolge der Druckabsenkung im Druckraum 23 spricht das Kurzschlußventil 32 an, welches öl über die Gehäuseringnut 36 in den Druckraum 23 nachströmen läßt. Wirkt ein Druckstoß in der anderen

"'» Richtung auf das im Druckraum 23 eingeschlossene ölpolster, so kann sich auch hierdurch kein störender Aufschaukelprozeß entwickeln, weil bei der nachfolgenden Kraftumkehr des Druckstoßes das Kurzschlußventil 32 anspricht. Die Fahrsicherheit wird dadurch beträcht-

r, lieh erhöht.

Es ist vorteilhaft, diejenige Steuerkante der Ventilbüchse 7 mit Überdeckung auszuführen, die infolge der Einbaulage der Hilfskraftlenkung und der Schwerkraft der Ventilbüchse ohnehin in Richtung Überdeckung

<<i tendiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies die Steuerkante 35.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer über ein Lenkhandrad antreibbaren, als Dosiereinrichtung wirkenden s Handpumpe, einer vom Fahrzeugmotor antreibbaren Hochdruckölpumpe und einem in Abhängigkeit von der Drehung des Lenkhandrades aus einer Neutralstellung in zwei Lenkstellungen verstellbaren Steuerventil, das mit der Handpumpe durch zwei ι ο Druckkanäle verbunden ist, deren jeder über ein Kurzschlußventil mit einer Rücklauileitung in Verbindung gelangen kann und das in den Lenkstellungen die Hochdruckölpumpe über die Druckkanäle sowie die Handpumpe wechselweise mit einem der beiden Druckräume eines Lenkzylinders und den anderen mit einem Behälter und in der Neutralstellung die Hochdruckölpumpe unmittelbar mit dem Behälter verbindet sowie die Verbindung des einen der beiden Druckräume des Lenkzylinders zur Handpumpe mittels überdeckender Steuerkanten unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Neutralstellung des Steuerventils die dem anderen Lenkzylinder-Druckraum zugeordneten Steuerkanten des Steuerventils sich nicht überdekken und so eine Verbindung dieses Druckraumes mit der Handpumpe aufrechterhalten.

2. Hydrostatische Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, mit einem axial verstellbaren, als Ventilbüchse ausgebildeten Steuerventil, dessen durch Ringnuten gebildete Steuerkanten mit Gehäuseringnuten zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß in eingebautem Zustand des Steuerventils dessen in Neutralstellung nicht überdeckende Steuerkanten oberhalb der überdeckenden Steuerkanten angeordnet sind.