DE3122368C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Durch die DE-OS 21 65 724 sind Hydrolenkungen dieser Art bekannt. Die "Zweikanten-Steuerung" ist bei diesen Einrichtungen an einem der Ventilkolben angeordnet. Auf den zweiten Ventilkolben wirkt lediglich die Rückwirkung ein. Diese Lenkungen sind bei einem Hängenbleiben des Steuerkolbens nicht gegen Fehlsteuerungen gesichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für Hydrolenkungen mit nicht ausgeglichenem Servomotor, insbeson­ dere mit einem Flächenverhältnis von 1 : 2, zu schaffen, welchem der genannte Nachteil nicht anhaftet.

Eine Zusatzaufgabe der Erfindung ist es, die Rückwirkung bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung so auszubilden, daß sie durch eine Steuereinrichtung in ihrer Wirkung veränderbar ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale bei Einrichtungen nach seinem Oberbegriff gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Lenkung in schematischer Darstellung mit einem Schnitt durch das Steuerventil,

Fig. 2 die Lenkung mit einem Längsschnitt durch das Lenkgehäuse.

Die Hydrolenkung besteht im wesentlichen aus einem Lenkgetriebe 1 mit einem Servomotor 2, der über eine Steuer­ ventilanordnung 3 durch eine Servopumpe 4 mit Druckmittel aus einem Behälter 5 versorgt wird.

Das Lenkgetriebe 1 enthält ein von einem Lenkhandrad 6 antreibbares Ritzel 7, das mit einer Zahnstange 8 in Eingriff steht. Die Zahnstange 8 stellt einen Teil einer Kolbenstange 9 eines Servokolbens 10 dar. Die Kolbenstange 9 ist über ein Lenkgestänge 11 mit den nicht dargestellten zu lenkenden Fahrzeugrädern verbunden.

Der Servokolben 10 weist auf der Kolbenstangenseite eine kleinere Kolbenfläche 12 auf, die einen Zylinder­ raum 13 in dem Zylinder 14 des Servomotors 2 begrenzt. Auf seiner anderen Seite weist der Servokolben 10 eine größere Kolbenfläche 15 auf, die einen Zylinderraum 16 be­ grenzt.

Der Zulauf von der Servopumpe 4 zu der Steuerventilanordnung 3 erfolgt über eine Druckleitung 17 direkt in den kleineren Zylinderraum 13 und von dort über einen Kanal 18 in ein drehbares Ventilgehäuse 19 der Steuerventilanordnung 3. Die Rück­ leitung des Druckmittels zu dem Be­ hälter 5 erfolgt über eine Rücklaufleitung 20.

Zwei Ventilkolben 21 und 22 sind axial verschiebbar in zwei nebeneinanderliegenden Ventilbohrungen 23 bzw. 24 des Ventilgehäuses 19 angeordnet. Die Ventilkolben 21 und 22 werden durch Federn 25 bzw. 26 gegen eine Betätigungs­ wippe 27 gedrückt, die über eine Lenkspindel 28 starr mit dem Lenkhandrad 6 verbunden ist. Das Ventilgehäuse 19 ist starr mit dem Ritzel 7 verbunden.

Jeder Ventilkolben 21, 22 weist eine Hauptsteuernut 30, 31 und eine Hilfssteuernut 32, 33 auf. Je eine Steuerkante der Steuernut 30, 31 bildet zusammen mit einer Steuerkante einer Ringnut 34, 35 des Ventilgehäuses 19 ein Hauptsteuer­ kantenpaar 36 bzw. 37. Zwischen je einer Steuerkante der Hilfssteuernut 32, 33 und einer am Ventil­ gehäuse 19 angeordneten Steuerkante ist ein Hilfssteuerkantenpaar 38 bzw. 39 gebildet. Dabei können die letztgenannten Steuerkanten des Ventilgehäuses beispiels­ weise durch die Verschneidung je einer koaxial zur Ventil­ bohrung 23, 24 angeordneten zylindrischen Ansenkung des Ventilgehäuses 19 der jeweiligen Ventilbohrung 23 bzw. 24 oder durch die Verschneidung einer zwischen den Ventil­ bohrungen 23 und 24 liegenden zylindrischen Ansenkung mit den beiden Ventilbohrungen 23 und 24 gebildet sein.

In der Neutralstellung des Steuerventils sind alle Steueröffnungen 36 bis 39 offen. Die Hauptsteueröffnungen 36 und 37 werden beim Betätigen der Wippe 27 durch Formschluß weiter geöffnet bzw. durch die Federn 25, 26 in Schließ­ richtung beaufschlagt. Im Gegensatz dazu sind die Hilfs­ steueröffnungen 38, 39 durch Formschluß über die Wippe 27 in Schließrichtung und durch die Kraft der Federn 25, 26 in Öffnungsrichtung veränderbar.

Von den Nuten 32 und 33 führen Rückwirkungskanäle 40 bzw. 41, die vorzugsweise in den Ventilkolben 21 bzw. 22 liegen, zu an den Federenden der Ventilkolben angeordneten Rück­ wirkungsräumen 42, 43. In Neutralstellung der Steuerven­ tilanordnung 3 erfolgt der Druckmitteldurchlauf von dem Kanal 18 über die Ringnut 34, die Steueröffnung 36, die Steuernut 30 des Ventilkolbens 21 und einen Verbindungs­ kanal 44 in die Steuernut 31 des Ventilkolbens 22. Von dort geht der Rücklauf über die Steueröffnung 37, die Ringnut 35 und die Rücklaufleitung 20 zum Behälter 5. Eine Leitung 45 verbindet den Verbindungskanal 44 mit dem Zylinder­ raum 16 des Servomotors 2.

Die Druckmittelversorgung der Rückwirkungsräume 42 und 43 erfolgt von der Servopumpe 4 über eine Rückwirkungs­ leitung 46 und zwei Zweigleitungen 47 und 48 zu den Rück­ wirkungsnuten 32 bzw. 33. In jeder der Zweigleitungen 47 und 48 ist eine Drossel 49 bzw. 50 und in der Rückwirkungs­ leitung 46 ist eine weitere Drossel 51 angeordnet. Die Drossel 51 ist wahlweise veränderbar. Dabei kann die Ver­ änderung von Hand, elektrisch oder hydraulisch erfolgen.

Zwischen die Drosseln 49 und 50 und die weitere Dros­ sel 51 kann ein Druckminderventil 52 eingeschaltet sein. Das Druckminderventil 52 hat die Aufgabe, den Druck in dem Rückwirkungsraum 42 bzw. 43 auf einen maximalen Wert zu begrenzen, wodurch in bekannter Weise ein "Abschneideffekt" erzielt wird. Die Druckmittelzuführung von der Servopumpe 4 zu der Steuerventilanordnung 3 erfolgt ohne daß dabei zusätzliche bewegliche Dichtungen erforderlich wären. Lediglich bei der Druckmittelzuführung zu dem größeren Zylinderraum 16 ist an der Ritzellagerstelle eine Drehdichtung 53 erforderlich. Zwei weitere Dichtringe 54 und 55 sind erforderlich zur Speisung der Rückwirkungsräume 42 und 43 aus der Rückwir­ kungsleitung 46. Eine Stangendichtung 56 ist am Austritt der Kolbenstange 9 aus dem Zylinder 14 angeordnet.

Die Betätigungswippe 27 weist für die Betätigung der Ventilkolben 21 und 22 zwei Anlageflächen 57 und 58 auf, die miteinander einen stumpfen Winkel bilden. Der Winkel hat da­ bei eine derartige Größe, daß die jeweilige Anlagefläche bei verdrehter Wippe mit der Achse des betätigten Ventilkolbens einen rechten Winkel bildet, wenn der andere Ventilkolben in einer Position steht, in der das den Arbeitsstrom steuernde Steuerkantenpaar gerade in seinen Schließbereich eintritt.

Die Betätigungswippe 27 ist an ihren Enden mit Fort­ sätzen 59 und 60 versehen, die durch ihr Zusammenwirken mit entsprechenden Anlageflächen 61 und 62 des Ventilgehäuses 19 zur positiven Mitnahme zwischen der Lenkspindel 28 und dem Ritzel 7 dienen.

Funktion

In Neutralstellung des Steuerventils muß das Druckmittel zunächst über die geöffnete Steueröffnung 36 und dann durch die geöffnete Steueröffnung 37 strömen. Wenn an beiden Steueröffnungen derselbe Druckverlust entsteht, wird daher in dem kleinen Zylinderraum 13 ein doppelt so hoher Druck entstehen wie in dem großen Zylinderraum 16. Die Kolben­ stange 9 (siehe Fig. 1) ist also kräftefrei.

Beim Verdrehen der Wippe 27 im Uhrzeigersinn wird die Steueröffnung 36 und die Steueröffnung 39 geschlossen. Da­ durch baut sich in dem kleinen Zylinderraum 13 ein Druck auf, der den Servokolben 10 nach rechts verschiebt und das Druckmittel aus dem großen Zylinderraum 16 wird über die Leitung 45 und die offene Steueröffnung 37 in den Behälter 5 abgeleitet. Der Druck der Servopumpe 4 wird um so höher sein, je größer der Widerstand an der Kolbenstange 9 ist. Der in dem kleinen Zylinderraum 13 herrschende Druck pflanzt sich über die Drosselstelle 51 auch auf die Drosselstellen 49 und 50 fort. Dabei ist wegen der geschlossenen Steueröff­ nung 39 und der offenen Steueröffnung 38 nur eine Strömung über die Drosselstelle 49 zum Behälter 5 möglich, während die Drosselstelle 50 stromlos arbeitet. Es fließt also ein "Rückwirkungsstrom" von der Servopumpe 4 über die Drossel­ stelle 51 und die Drosselstelle 49 zum Behälter. Der linke Rückwirkungsraum 42 ist also mit dem Behälter 5 verbunden, d. h. er ist drucklos. Der rechte Rückwirkungsraum 43 wird mit dem zwischen den beiden Drosselstellen 51 und 49 herrschenden Druck beaufschlagt, da mangels einer Strömung die Drosselstelle 50 unwirksam ist.

Wird die Drosselstelle 51 so gewählt, daß sie den gleichen Querschnitt hat wie die Drosselstelle 49, so ent­ steht an beiden dasselbe Druckgefälle, da beide vom gleichen Strom durchflossen werden. In diesem speziellen Fall herrscht im Rückwirkungsraum 43 also ein halb so hoher Druck wie in dem kleinen Zylinderraum 13. Dieser Druck wirkt auf die Unterseite des Ventilkolbens 22 und drückt diesen nach oben gegen die Wippe 27, wo er ein Moment erzeugt, das der einge­ leiteten Drehbewegung entgegenwirkt.

Die Höhe des Rückwirkungsmomentes hängt nicht nur vom Druck der Servopumpe, sondern auch vom Querschnitt der Drosselstelle 51 ab. Würde diese beispielsweise ganz ge­ schlossen, so wäre der Druck in der Rückwirkungskammer 43 und damit das Rückwirkungsmoment Null. Würde die Drossel­ stelle 51 ganz geöffnet, so wäre der Druck in der Rückwir­ kungskammer 43 gleich dem Druck in dem kleinen Zylinder­ raum 13 und das Rückwirkungsmoment hätte, abhängig vom Servodruck, seinen höchsten Wert.

Wird die Wippe 27 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, so werden die Steueröffnungen 36 und 37 verschlossen und es werden sowohl der kleine Zylinderraum 13 als auch der große Zylinderraum 16 mit Druck beaufschlagt, wodurch der Servo­ kolben 10 in bekannter Weise nach links verschoben wird. Bei einem Flächenverhältnis der kleinen Kolbenfläche zur großen Kolbenfläche von 1 : 2 ist für eine bestimmte Verschiebekraft des Servokolbens 10 in beiden Richtungen der gleiche Druck der Servopumpe 4 er­ forderlich. Da die Rückwirkungsräume 42 und 43 über die oben beschriebenen Drosselstellen unmittelbar von der Servopumpe und nicht von den Servomotorräumen gespeist werden, können die wirksamen Rückwirkungsquerschnitte und damit die beiden Ventilkolben 21 und 22 gleich groß sein.

Im folgenden werden die mit der erfindungsgemäßen Lenkung erreichten Vorteile beschrieben:

• 1. Rückwirkungs- und Steuerfunktion sind auf jeweils einem Kolben vereinigt (kein besonderer Rückwirkungskolben erforderlich).
• 2. Die Höhe der Rückwirkung ist durch Dimensionierung der Drosselstelle 51 beliebig veränderbar unter Beibehaltung der übrigen Ventilgeometrie. (Zur Anpassung der Lenkung an verschiedene Fahrzeuge muß nur die Drosselstelle 51 und notfalls die Feder im Druckminderventil 52 verändert werden.)
• 3. Die Höhe des Rückwirkungsfaktors ist auch während der Fahrt, beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder mechanisch, durch Beeinflussung des Querschnittes der Drossel 51 veränderbar.
• 4. Da beide Ventilkolben identisch und sehr kurz sind, ist ein minimaler Hüllkreisdurchmesser für das umlaufende Ventilgehäuse 19 möglich. - Die Ventilkolben sind des­ halb so kurz, weil nur ein den Arbeitsstrom steuerndes Hauptsteuerkantenpaar vorhanden ist und die zugehörige Rückwirkungssteueröffnung wegen des kleinen Steuer­ stromes beispielsweise nur auf einem Teil des Umfanges der Ventilbohrungen ausgebildet zu sein braucht. Die Ventilkolben sind im Durchmesser deshalb gleich, weil beide vom Servodruck beaufschlagt werden.
• 5. Die kurzen Ventilkolben haben den weiteren Vorteil, daß die Anlageflächen der Ventilkolben an der Wippe 27 und ihre Drehachse praktisch auf einer Ebene liegen. Am Be­ rührungspunkt zwischen Kolben und Wippe treten daher bei den kleinen Schwenkbewegungen der Wippe nur vernach­ lässigbar kleine Querbewegungen auf. Dadurch kann auf Anlenk­ stifte verzichtet werden. Um diesen Effekt noch zu vergrößern, liegen die beiden Anlageflächen 57 und 58 nicht in einer Ebene, sondern bilden einen stumpfen Winkel. Dieser Winkel ist so gewählt, daß die Anlage­ fläche des jeweils durch den Rückwirkungsdruck beauf­ schlagten Kolbens im Regelpunkt genau senkrecht zur Kolbenachse steht.
• 6. Servopumpe 4 fördert unmittelbar in das äußere Ende des kleinen Zylinderraumes (vergleiche Fig. 2). Das Druckmittel strömt dadurch an einem Teil der Zahn­ stange 8 und an dem Ritzel 7 vorbei in das Ventilge­ häuse 19. Dadurch erfolgt eine gleichmäßige und rasche Aufwärmung der gesamten Lenkung und insbesondere der Stangendichtung 56 . Bei herkömmlichen Hydrolenkungen strömt das Druckmittel in Neutralstellung nur innerhalb des Steuerventils, wodurch bei tiefen Außentemperaturen und insbesondere, wenn die Lenkung dem Fahrtwind aus­ gesetzt ist, das Druckmittel in den Zylinderräumen zähflüssig und die Dichtungen ungeschmeidig bleiben und somit die Feinfühligkeit der Lenkung erheblich beein­ trächtigt werden kann.
• 7. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei folgendem Störfall:
  Nach der Kurvenfahrt bleibt ein Ventilkolben ausgelenkt, weil er sich, beispielsweise durch einen eingeschwemmten Span, verklemmt hat und auch durch erhöhten Kraft­ aufwand am Lenkhandrad nicht mehr in die Neutralstellung zurückgebracht werden kann. In diesem Fall kann bei der erfindungsge­ mäßen Lenkung in jedem Fall die jeweils andere der Steueröffnungen 36 oder 37 stets durch formschlüssige Anlage an der Wippe 27 über das Lenkhandrad 6 zwangsweise geöffnet werden.

Claims (3)

1. Hydrolenkung, insbesondere für Personenkraftwagen und leichte Nutzkraftfahrzeuge, mit einem Servomotor, dessen Kolben­ flächen ein Flächenverhältnis von nahe 1 : 2 aufweisen und mit einer Steuerventilanordnung mit zwei über eine Wippe gegen Federkraft betätigbaren Ventilkolben und lediglich zwei Hauptsteuerkanten­ paaren (sogenannte "Zweikanten-Steuerung"), dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedem Ventilkolben (21, 22) je eines der durch die Federkraft in Schließrichtung betätigbaren, den zum Servomotor-Arbeitsraum (16) mit der größeren Kolbenfläche zu- bzw. abfließenden Strom steuernden Hauptsteuerkantenpaare (36, 37) zugeordnet ist.

2. Hydrolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedem Ventilkolben (21, 22) je ein durch formschlüssige Mitnahme in Schließrichtung durch die Betätigungs­ wippe (27) betätigbares Hilfssteuerkantenpaar (38, 39) zugeordnet ist, durch das ein vom Druck der Servopumpe (4) beaufschlagbarer, auf der Federseite des Ventilkolbens (21, 22) angeordneter Rück­ wirkungsraum (42 bzw. 43) mit dem Rücklauf zum Behälter (5) ver­ bindbar ist, und daß die beiden Rückwirkungsräume (42, 43) über je eine Drosselstelle (49, 50) mit Druck beaufschlagbar sind, wo­ bei die von den Rückwirkungsräumen (42, 43) abgekehrten Seiten der beiden Drosseln (49, 50) miteinander und über eine weitere Drossel (51) mit der Druckleitung (17) von der Servopumpe (4) verbunden sind.

3. Hydrolenkung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (57, 58) der Betätigungswippe (27) mitein­ ander einen stumpfen Winkel einer solchen Größe bilden, daß beim Ausschwenken der Wippe (27) der entgegen der Federkraft bewegte Ventilkolben (21 bzw. 22) zur Anlagefläche (57 bzw. 58) an der Wippe (27) senkrecht steht, wenn sich die den Arbeitsstrom steuernde Hauptsteuerkante des anderen Ventilkolbens (22 bzw. 21) im Eingriffsbereich mit der entsprechenden Steuerkante des Ventilgehäuses (19) befindet.