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Die Erfindung betrifft eine Hilfskraftlenkung, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher beschriebenen Art.
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Mit Hilfe einer derartigen Hilfskraftlenkung kann über den auf hohen Druck vorgespannten Druckspeicher die hydraulische Gesamtversorgung eines Kraftfahrzeuges bezüglich Lenkung, Bremsen, Niveauregelung und so weiter übernommen werden. Weiterhin kann dadurch die Pumpe wesentlich kleiner ausgebildet werden, weil der Speicher als Sammler wirkt. Hierzu ist es jedoch erforderlich, daß das Lenkventil für die Hilfskraftlenkung in Neutralstellung für den Öldurchfluß gesperrt sein muß. Ein Problem liegt jedoch dabei darin, daß Leckölverluste auftreten. Da nämlich ständig der sehr hohe Arbeitsdruck an den Steuerkanten des Lenkventiles anliegt und andererseits nur sehr geringe Überdeckungen der Zulaufsteuerkanten erwünscht sind, tritt ein entsprechend hoher Leckölverlust auf. Andererseits ist jedoch eine geringe Überdeckung der Zulaufsteuerkanten erwünscht, damit sich ein besseres Lenkgefühl einstellt. Sich absetzende Schmutzteile verschlechtern darüber hinaus die enge Passung und erhöhen somit die Leckölverluste.
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Nachteilig ist weiterhin, daß sich unterschiedliche Druckgefälle zwischen dem Druck an den Zulaufsteuerkanten des Lenkventiles und dem in Druckräumen des Arbeitszylinders herrschenden Druck ergeben. Dadurch leidet ebenfalls das Lenkverhalten des Fahrzeuges.
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Aus der DE-OS 27 42 688 sind Einrichtungen bekannt, bei denen der am Lenkventil anstehende Druck reduziert ist, wenn nicht der volle Förderdruck der Pumpe zum Lenken erforderlich ist. Da der reduzierte Druck dabei dem Speicherdruck entspricht und dieser aus Zweckmäßigkeitsgründen nicht mit wirklich niedrigen Drücken betrieben werden kann, ist am Lenkventil auch bei Anstehen reduzierten Druckes immer noch ein relativ hoher Druck wirksam. Der Druckspeicher ist dabei hinter dem den Arbeitsdruck beeinflussenden Ventil angeordnet, wodurch auch keine Regelung des Zulaufdruckes möglich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hilfskraftlenkung mit geschlossener Mitte zu schaffen, bei der sich Leckölverluste noch stärker reduzieren lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die Anordnung eines Druckreduzierventiles, das auf die erfindungsgemäße Weise hinter dem Druckspeicher, d. h. zwischen diesem und dem Lenkventil angeordnet und das auf die angegebene Weise mit den Drücken und der Feder belastet wird, wird erreicht, daß in der Zulaufleitung zu dem Lenkventil bzw. an den Zulaufsteuerkanten des Lenkventiles nicht der unvermeidlich relativ hohe Druck des Speichers anliegt, sondern lediglich ein bestimmter, merklich niedrigerer wählbarer Druck, der von der Federkraft und dem Arbeitsdruck des Lenkzylinders abhängig ist, wobei die Regelung stetig ist. So ist es z. B. möglich, in der Neutralstellung des Lenkventils lediglich einen Druck von 10 bar am Lenkventil anstehen zu lassen. Durch diese Maßnahme kann eine geringe Überdeckung der Zulaufsteuerkanten gewählt werden, wodurch sich ein besseres Lenkgefühl für den Fahrer einstellt.
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Dadurch, daß stets ein konstantes Druckgefälle zwischen den Zulaufsteuerkanten am Lenkventil und den in den Druckräumen des Arbeitszylinders herrschenden Drücken vorliegt, ergibt sich ein stets gleicher Zulaufstrom zu den Druckräumen und damit eine proportionale Aussteuerung.
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Der sehr hohe Arbeitsdruck des Druckspeichers wird, wie erwähnt, in dem Druckreduzierventil bis auf den niederen Betriebsdruck abgebaut. Dadurch, daß in dem Druckreduzierventil geringere Durchmesser möglich sind und weiterhin auch beliebig große Überdeckungen gewählt werden können, sind die Leckverluste in dem Druckreduzierventil wesentlich geringer als in dem Lenkventil.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Hilfskraftlenkungen mit Lenkventilen von offener Mitte mit hydraulischer Rückwirkung durch das erfindungsgemäße Druckreduzierventil auf einfache Weise als geschlossene Ventile gestaltet werden können. Hierzu ist es lediglich erforderlich, durch einen entsprechenden Ventilkolben die Zulaufsteuerkanten in Neutralstellung in Überdeckung zu bringen.
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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, daß das Druckreduzierventil als Sitzventil ausgebildet ist, mit einem Zulauf in einen Ringraum und einem Ablauf zu dem Lenkventil aus einem hinter dem Ventilsitz angeordneten Ventilraum, wobei sich hinter der einen Stirnseite des Regelkolbens ein Federraum mit der Feder und der zu den Druckräumen führenden Verbindungsleitung befindet.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn zwischen der Zulaufleitung zu dem Lenkventil und der Verbindungsleitung eine Kurzschlußleitung mit einem vorgespannten, in Richtung zur Verbindungsleitung hin sich öffnenden Entlastungsventil angeordnet ist, dessen Schließfeder eine etwas höhere Federkraft aufweist, als die in dem Druckreduzierventil angeordnete Feder. Nach Rückstellung des Lenkventils in Neutralstellung steht kurzzeitig an dessen Zulaufsteuerkanten der Arbeitsdruck des Druckspeichers an. Dieser Druck könnte sich nur langsam abbauen. Durch das Entlastungsventil wird erreicht, daß dieser hohe Arbeitsdruck sofort abgeleitet wird.
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Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
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Es zeigt
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Fig. 1 eine prinzipmäßige Darstellung der erfindungsgemäßen Hilfskraftlenkung mit einem Druckreduzierventil;
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Fig. 2 ein Druckreduzierventil anderer Bauart.
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Die Hilfskraftlenkung weist als Druckerzeuger eine Pumpe 1 und einen Druckspeicher 2 mit einem Speicherladeventil 3 auf. Über eine Zuleitung 4 wird ein Zulaufsteuerkanten 26 und 27 aufweisendes Lenkventil 5 mit Drucköl versorgt. Die Betätigung des Lenkventiles 5 folgt in bekannter Weise von einem Lenkhandrad (nicht dargestellt) aus. Dargestellt ist ein weggesteuertes Lenkventil. Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch ein kraftgesteuertes Ventil möglich.
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Über Druckleitungen 6 und 7 sind Druckräume 8 und 9 eines Arbeitszylinders mit dem Lenkventil 5 verbunden. Ein Rücklaufbehälter 11 ist über eine Rückleitung 29 mit dem Lenkventil 5 verbunden und dient zur Aufnahme des Rücklauföles. Dies sind die wesentlichen Bausteine von Hilfskraftlenkungen dieser Art nach dem Stand der Technik.
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Zwischen dem Speicher 2 und dem Lenkventil 5 ist nun ein Druckreduzierventil 12 mit einem in axialer Richtung verschieblichen Regelkolben 13 angeordnet. Zusammen mit dem Ventilgehäuse bildet der Regelkolben 13 eine Steuerkante 14. Hinter einer Stirnseite des Regelkolbens befindet sich ein Druckausgleichsraum 15, während hinter der anderen Stirnseite 28 ein Federraum 16 mit einer Feder 17 angeordnet ist.
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Der Druckausgleichsraum 15 ist über eine Seitenleitung 18 mit der Zuleitung 4 verbunden oder durch eine - wie strichliert dargestellt - Bohrung 19 an den Innenraum des Druckreduzierventiles 12 hinter der Steuerkante 14 geschlossen. Der Federraum 16 ist über eine Verbindungsleitung 20 mit den beiden Druckleitungen 6 und 7 verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei über ein Umschaltventil 21, das in einer Querverbindung 22 zwischen den beiden Druckleitungen 6 und 7 liegt.
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Zwischen der Zuleitung 4 und der Verbindungsleitung 20befindet sich eine Kurzschlußleitung 23 mit einem vorgespannten, in Richtung zur Verbindungsleitung 22 hin sich öffnenden Entlastungsventil 24. Hierzu ist das Entlastungsventil 24 mit einer Schließfeder 25 versehen.
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Die Reduzierung des hohen Arbeitsdruckes P 1 des Speichers (140-180 bar) auf einen wesentlich niedrigeren Zulaufdruck P 2 zu dem Lenkventil und dem Betriebsdruck P 3 für die Druckräume 8 und 9 des Arbeitszylinders 10 erfolgt auf folgende Weise:
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In Neutralstellung des Lenkventiles 5 sind die Zulaufsteuerkanten 26 und 27 geschlossen. Es herrscht ein Gleichgewicht zwischen dem Druckausgleichsraum 15 und der Kraft der Feder 17. Dadurch findet nur ein Ausgleich von Lecköl statt. Der Druck P 2 an den Zulaufsteuerkanten 26 und 27 entspricht dabei der Druckkraft der Feder 17. Im allgemeinen dürfte es ausreichend sein, wenn die Kraft der Feder 17 einen Druck P 2 in Höhe von 10 bar bewirkt.
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Das Entlastungsventil 24 dient zum problemlosen Druckabbau in der Zuleitung 4. Nach Rückstellung des Lenkventils in seine Neutralstellung steht nämlich kurzzeitig der Arbeitsdruck P 1 an den Zulaufsteuerkanten 26 und 27 an. Über die Seitenleitung 18 herrscht jedoch damit auch in dem Druckausgleichsraum 15 der gleiche Druck, wodurch der Regelkolben 13 sofort nach rechts verschoben und in Absperrposition gebracht wird. Die Schließfeder 25 des Entlastungsventiles 24 besitzt nun eine etwas höhere Schließkraft als die Feder 17 des Druckreduzierventiles 12. Dies bedeutet, daß sich das Entlastungsventil 24 bei diesem hohen Arbeitsdruck sofort öffnet und das Drucköl über die Verbindungsleitung 20, die Druckleitungen 6 bzw. 7, über die Rücklaufsteuerkanten des Lenkventiles 5 und die Rückleitung 29 zum Rücklaufbehälter 11 abfließen kann. Wenn der Druck in der Zuleitung 4 entsprechend abgesunken ist, schließt das Entlastungsventil 24 wieder und es liegt der erwünschte niedrige Zulaufdruck P 2 vor.
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Wird nun die Lenkung betätigt, das heißt wird der Kolben des Lenkventiles 5 z. B. nach rechts in Pfeilrichtung ausgelenkt, so fällt der Zulaufdruck P 2 zunächst ab. Die Feder 17 schiebt den Regelkolben 13 des Druckreduzierventiles 12 nach links, wodurch die Steuerkante 14 vergrößert wird. Dadurch steigt der Zulaufdruck P 2 und damit auch der Betriebsdruck P 3 entsprechend an. Das Umschaltventil 21 bewegt sich aus der dargestellten Neutralstellung nach links. Durch die Querverbindung 22 herrscht somit in der Verbindungsleitung 20 der gleiche Betriebsdruck P 3 wie in der zu dem Druckraum 9 führenden Druckleitung 7. Auf diese Weise liegt auch der gleiche Betriebsdruck P 3 in dem Federraum 16 an. Der Regelkolben ist somit auf dieser Seite durch den Betriebsdruck P 3 und die Federkraft belastet, während auf der anderen Seite der Zulaufdruck P 2 ansteht.
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Damit ergeben sich folgende Druckverhältnisse:
P 2 · A=P 3 · A+F
wobei
A = Stirnkolbenfläche des Regelkolbens 13
F = Federkraft der Feder 17.
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Daraus ergibt sich: &udf53;vu10&udf54;°KP°k¤°F2°f=°KP°k¤°F3°f+ @W:°KF:A°k&udf54;&udf53;zl10&udf54;nun ist die Druckdifferenz an den Steuerkanten 26 und 27 des Lenkventiles 5, &udf53;vu10&udf54;&udf57;°KD&udf56;°k°KP°k=°KP°k¤°F2°f^°KP°k¤°F3°f&udf53;zl10&udf54;womit &udf53;vu10&udf54;&udf57;°KD&udf56;°k°KP°k=°KP°k¤°F3°f+ @W:°KF:A°k&udf54; ^°KP°k¤°F3°f= @W:°KF:A°k&udf54; =¤const.&udf53;zl10&udf54;
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Dies bedeutet, daß der Differenzdruck an den Steuerkanten stets konstant und unabhängig vom Gesamtdruck ist. Auf diese Weise gelangt stets die gleiche Ölmenge über die Zulaufsteuerkanten 26 und 27 in die Druckräume 8 und 9 des Arbeitszylinders 10. Der Differenzdruck ist dabei, wie ersichtlich, lediglich abhängig von der gewählten Federkraft und der Kolbenfläche A.
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Statt dem dargestellten Druckreduzierventil 12 sind selbstverständlich im Rahmen der Erfindung auch andere Druckreduzierventile möglich. Voraussetzung ist lediglich, daß ein entsprechender Druckausgleich durch eine erfindungsgemäße Schaltung vorgenommen wird.
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So kann z. B. auch wie in der Fig. 2 dargestellt ein Sitzventil 30 verwendet werden. In diesem Falle übernimmt ein Ventilsitz 31 die Funktion der Steuerkante 14 aus der Fig. 1. Der Zulauf in das Sitzventil 30 führt in einen Ringraum 32 und der Ablauf in die Zuleitung 4 zu dem Lenkventil 5 erfolgt aus einem hinter dem Ventilsitz 31 angeordneten Ventilraum 33.
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Eine Seitenleitung 18 oder eine Bohrung 19, wie in der Fig. 1 dargestellt, können dabei entfallen, da auf die vordere Stirnseite des Regelkolbens direkt der Zulaufdruck P 2 wirkt.
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Das Druckreduzierventil kann entweder in das Lenkgetriebe oder in das Speicherladeventil integriert werden. Dies hängt dabei von den jeweiligen Gegebenheiten ab. Der Vorteil einer Integrierung in dem Speicherladeventil besteht darin, daß die Zuleitung zu dem Druckreduzierventil nicht ständig unter dem hohen Arbeitsdruck des Speichers 2 steht. Nachteilig bei einer derartigen Anordnung ist unter Umständen, daß sich evtl. längere Steuerleitungen ergeben.