DE3337836A1

DE3337836A1 - Servolenkeinrichtung

Info

Publication number: DE3337836A1
Application number: DE19833337836
Authority: DE
Inventors: William R. Rabe; Jim L. 47905 Lafayette Ind. Rau
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1984-05-17
Also published as: US4475440A; BR8305834A; GB2130156A; JPS59109463A; GB8322111D0; ES8501323A1; DE3337836C2; ES526232A0; JPH0529584B2; GB2130156B

Description

23555 Euclid Avenue

Cleveland, Ohio 44117, U.S.A. Unser Zeichen; T 3643

S ervolenkeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Servolenkeinrichtung für die Einschlagbewegung lenkbarer Fahrzeugräder. Eine solche Einrichtung ist in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 386 vom 10. Juni 1982 beschrieben. Die dort beschriebene Einrichtung hat einen Servomotor mit einer h.ohlen Kolbenstange, die sich von nur einer Seite eines Kolbens durch eine Wandung des Motorzylinders erstreckt. Infolgedessen ist die Wirkungsfläche des Kopfendes des Kolbens größer als die Wirkungsfläche der Kolbenseite, von welcher die Kolbenstange ausgeht. Die kopfseitigen und stangenseitigen Wirkungsflächen des Kolbens sind die auf eine senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufende Ebene projezierten Oberflächen des Kopfendes und des Stangenendes des Kolbens. Der Kolben bewegt sich unter dem Einfluß eines Druckmediums. Wenn die Mediumsdrücke, welchen das Kopfende bzw. das Stangenende des Kolbens unterworfen ist, mit den kopfseitigen bzw. stangenseitigen Wirkungsflächen des Kolbens multipliziert werden, so entspricht das Ergebnis den von dem Druck-

Pr/Hf

medium auf den Kolben ausgeübten Kräften.

Bei der Servolenkeinrichtung, die in der genannten Patentanmeldung beschrieben ist, wird die verminderte Querschnittsfläche des Stangenendes des Kolbens beim Betrieb des Motors durch eine Ausgleichskammer innerhalb der hohlen Kolbenstange kompensiert. Die Ausgleichskammer hat eine Wirkungsfläche auf dem Stangenende des Kolbens, die gleich der Querschnittsfläche der Kolbenstange ist. Auf dem Kolben ist ein Ausgleichsventil angeordnet, welches das Druckmedium der Ausgleichskammer zuleitet, wenn ein Lenksteuerventil betätigt wird.

»Wenn das Lenksteuerventil der in der genannten Patentanmeldung beschriebenen Einrichtung betätigt wird, um das Druckmedium gegen das Kopfende des Kolbens zu leiten, wird das gleiche Druckmedium auch gegen die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer auf dem Stangenende des Kolbens gerichtet, um einen Teil des auf der Wirkungsfläche des Kopfendes des Kolbens lastenden Mediumadmckes auszugleichen. Hierdurch wird erzielt, daß die effektive Wirkungsfläche des Kopfendes des Kolbens gleich der Wirkungsfläche auf das Stangenende des Kolbens ist. Der Kolben unterliegt also bei Hüben in entgegengesetzten Richtungen gleichen Druckmittelkräften, wenn die Lenkeinrichtung den gleichen Betriebsbedingungen unterworfen ist.

Obwohl die in der genannten Patentanmeldung beschriebene Ausgleichskammer bei Kolbenhüben entgegengesetzter Richtung die Angleichung der Wirkungsflächen auf der Stangen- und der Kopfseite des Kolbens bewirkt, so kann die Ausgleichskammer doch nicht die stangenseitigen und kopfseitigen Wirkungsflächen des Kolbens ausgleichen, wenn sich der Servomotor in einem inaktiven Zustand befindet. Dann verbleibt nämlich

in den Motorzylinderkatnmern ein restlicher Mediumsiruck. Zu dieser Zeit ist die stangenseitige Wirkungsfläche des Kolbens kleiner als die kopfseitige Wirkungsfläche desselben, und zwar um einen Betrag, der der Querschnittsfläche der Kolbenstange entspricht. Demnach übt bei inaktivem Zustand des Motors der verbleibende Mediumsä?uck in der kopfendigen Motorzylinderkammer auf den Kolben eine Kraft aus, die größer ist als die Kraft, welcher der Kolben durch den verbleibenden Mediumsdruck in der Kammer des Stangenendes des Motorzylinders unterworfen ist. Infolgedessen hat der Servomotor die Neigung, unter dem Einfluß des verbleibenden Mediumsdruckes betätigt zu werden, obwohl das Steuerventil sich in einer Neutralstellung befindet, in welcher der Servomotor inaktiv sein sollte.

Durch die vorliegende Erfindung werden Druckkräfte des Mediums, welche auf entgegengesetzte Seiten eines Servomotorkolbens einwirken, wenn sich ein Steuerventil in neutralem oder unbetätigtem Zustand befindet, beseitigt. Das Steuerventil ist mit drei leitungen verbunden, nämlich mit einer Druckmittelspeiseleitung,durch welche dieses Medium unter Druck dem Steuerventil zugeführt wird, mit einer Rückflußleitung, durch welche überschüssiges Druckmittel in einen Torratsbehälter zurückfließen kann, und mit einer Entlastungsleitung, durch welche im wesentlichen keine Strömung verläuft, wenn das Steuerventil sich in der Neutralsteilung befindet. Der Mediuraadiuck in der Entlastungsleitung ist gleich dem atmosphärischen Druck.

Wenn das Steuerventil sich in seiner Neutralstellung befindet, so verbindet es die Entlastungsleitung mit den Kammern am Kopfende und am Stangenende des Servomotors. Demnach herrscht in den Motorkammern am Kopfende und am

Stangenende atmosphärischer Druck d.h. also der Überdruck Infolgedessen lasten auf den Wirkungsflächen am Kopfende und am Stangenende des Kolbens keine restlichen Mediuma3rücke, welche den Servomotor betätigen könnten, wenn sich das Steuerventil in seiner Neutralstellung befindet.

Es ist somit ein Gegenstand der Erfindung, eine neue und verbesserte Einrichtung zur Schwenkung lenkbarer Fahrzeugräder zu schaffen, in welcher restliche Druckmittelkräfte auf gegenüberliegende Seiten eines Servomotorkolbens nicht auftreten können, wenn sich das Steuerventil in seiner neutralen oder unbetätigten Stellung befindet.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Einrichtung der genannten Art, in welcher die Wirkungsflächen am Kopfende bzw. am Stangenende des Servomotorkolbens dem atmosphärischen Druck ausgesetzt werden, wenn das Steuerventil sich in seiner Feutralstellung befindet.

Uoch ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten Einrichtung der genannten Art, in welcher eine Speiseleitung ein Medium unter einem ersten Druck einem Steuerventil zuführt, eine itückleitung das Medium von dem Steuerventil unter einem zweiten Druck fördert und eineEntlastungsleitung zu dem Steuerventil das Medium unter einem dritten Druck fördert, welcher kleiner als der erste und der zweite Mediumdruck ist.

Die vorgenannten und andere Gegenstände und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der Zeichnung sind:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Servomotorlenkeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. .2 eine vergrößerte Schnittansicht, aus der sich die Beziehung zwischen einem Servomotor und einem Steuerventil für die Einrichtung nach Fig. 1 ergibt,

Pig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Steuerventils nach Pig. 2,

Pig. 4 eine Ansicht der Anschlüsse für die Speiseleitung des Mediums, für die Rückleitung und für die Ausgleichsleitung an dem Gehäuse des Steuerventils nach Pig. 3,

Pig. 5 ein Schnitt nach Linie 5-5 in Pig. 3, wobei sich das Steuerventil in einer Neutralstellung befindet, in welcher die Ausgleichsleitung mit den Motorzylinderkammern auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens verbunden ist,

Pig. 6 ein Schnitt ähnlich Pig. 5, wobei sich das Steuerventil in einer betätigten Stellung befindet, in welcher die Speiseleitung mit einer Kammer am Kopfende des Motorzylinders verbunden ist und die Ausgleichsleitung mit einer Kammer am Stangenende des Motorzylinders in Verbindung steht, und

Pig. 7 ein Schnitt nach Linie 7-7 in Pig. 2, woraus sich ein Ausgleichs- oder zweites Steuerventil ergibt, das in dem Kolben des Servomotors untergebracht ist.

Die lenkbaren Pahrzeugräder 10 und 12 (Pig. 1) sollen durch die Servolenkeinrichtung 14 gemäß der Erfindung einschlagbar sein. Die Servolenkeinrichtung 14 ist mit den Rädern 10 und 12 in bekannter Weise verbunden. Bei einer Drehung des Steuerrades 18 bewirkt die Servolenkeinrichtung 14 eine Einschlagbewegung der lenkbaren Fahrzeugrader 10 und 12.

Das für die Servolenkung verwendete Medium wird der Servolenkeinrichtung 14 von einer Pumpe 22 über eine Speiseleitung 24 geliefert. Wenn die Servolenkeinrichtung 14 sich in einem inaktiven Zustand befindet, so wird das der Servolenkeinrichtung von der Pumpe 22 gelieferte Medium über eine Rückleitung 30 zu einem Vorratsbehälter 28 zurückbefördert. Der Vorratsbehälter 28 steht unter atmosphärischem Druck. Die Einrichtung 14 hat, wie aus Pig. 2 ersichtlich ist, einen Servolenkmotor 32 mit einer Gehäusewand 34, die eine zylindrische Hauptkammer 36 bildet. Ein im allgemeinen zylindrischer Kolben 38, der sich in der Hauptkammer 36 befindet, teilt diese in eine kopfseitige Kammer 42 mit veränderlichem Volumen und eine stangenseitige Kammer 44, ebenfalls von veränderlichem Volumen. Mit dem stangenseitigen Teil 50 des Kolbens 38 ist eine hohle zylindrische Kolbenstange 48 verbunden, welche sich durch die Kammer 44 von veränderlichem Volumen und durch eine kreisförmige Öffnung in dem Endabschnitt 52 der Gehäusewandung 34 erstreckt. Das äußere Ende der Kolbenstange 48 ist an ein Glied 54 des lenkgestänges 16 mittels einer Kugel- und Pfannenverbindung 56 angeschlossen. Die Kugel- und Pfannenverbindung 56 arbeitet mit dem Glied 54 derart zusammen, daß der Kolben 38 und die Kolbenstange 48 gegen eine Drehung um ihre gemeinsame Mittelachse gesichert sind. Das dem Endabschnitt 52 entgegengesetzte Ende des Motorgehäuses ist mit einem an der

Achse angebrachten Arm 58 über eine zweite. Kugel- und Pfannenverbindung 60 verbunden.

Eine Steuerventilanordnung 64 (Fig. 2) dient zur Steuerung des Motors 32. Die Anordnung 64 enthält ein Lenksteuerventil 66 und ein auf einem Kolben angeordnetes Ausgleichs- oder zweites Steuerventil 68. Das Lenksteuerventil 66 leitet das Hochdruckmedium aus der Speiseleitung 24 (Fig. 1) zu dem Servomotor 32, um eine Schwenkbewegung der lenkbaren Fahrzeugräder 10 und 12 nach links oder nach rechts zu bewirken.

Das Lenksteuerventil 66 (Fig. 3) hat ein drehbares Eingangsglied 72, das mit dem Steuerrad 18 (Fig. 1) verbunden ist und sich zusammen mit diesem dreht. Ein innerer Ventilkörper 76 ist an dem Eintrittsglied 72 durch einen Stift 300 befestigt und gegenüber einer äußeren Hülse 78 drehbar. Die im allgemeinen zylindrische Hülse 78 ist mit dem Ventilkörper 76 durch eine sich axial erstreckende Torsionsstange 80 und einen Basisteil 84 verbunden. Der B&sisteil 84 besteht mit der Hülse 78 aus einem Stück, wobei er mit einem Ende der Torsionsstange 80 in Verbindung steht.

Bei einer Drehung des Steuerrades 18 (Fig.^-1) verwindet das Eingangsglied 72 (Fig. 3) die Torsionsstange 80, wobei eine Drehung des inneren Ventilkörpers 76 gegenüber der Hülse 78 über einen kurzen Kreisweg stattfindet. Die Relativdrehung zwischen dem inneren Ventilkörper 76 und der Hülse 78 bewirkt eine Betätigung des Lenksteuerventils 66.

Durch die Betätigung des Lenksteuerventils. 66 wird das Hochdruckmedium aus der Speiseleitung 24 (Fig.. 1) zu einer der

/ίο

Motorkammern 42 oder 44 (Fig. 2) von veränderlichem Volumen geleitet, während die andere Kammer von veränderlichem Volumen mit der Rückleitung 30 in Verbindung gebracht wird. Dies bewirkt eine Ingangsetzung des Servomotors 32 und damit einen Ausschlag der lenkbaren Fahrzeugräder.

Wird der Servomotor 32 in Tätigkeit gesetzt, so dreht ein Rückführsystem 88 (Fig. 2) den Basisteil 84 der Hülse 78, um diese gegenüber dem inneren Ventilkörper 76 in ihre Ausgangs- oder Neutralstellung zu bewegen. Sobald der Servomotor 32 über einen Abschnitt in Gang gesetzt wurde, der dem Drehungsabschnitt des Steuerrades und des Eingangsgliedes 72 entspricht, sind die inneren und äußeren Ventilkörper 76 und 78 in ihre Ausgangsoder Neutralstellung gebracht worden, wodurch der Betrieb des Servomotors unterbrochen wird. Das Rückführsystem 88 ergibt auch einen direkten mechanischen Antrieb, wenn die Pumpe 22 nicht in der Lage ist, dem Motor 32 das Hochdruckmedium zuzulei ten. Das Rückführsystem 88 weist eine drehbare Schraubenspindel 92 auf, welche sich teleskopartig durch den Kolben 38 (Fig. 2) und die hohle Kolbenstange 48 erstreckt. Die Schraubenspindel 92 ist in einer Lageranordnung 94 drehbar gelagert und gegen eine axiale Bewegung gesichert. Die Schraubenspindel 92 hat einen äußeren Schraubengang 98, welcher mit einer wandernden, Kugeln tragenden Mutter 100 in dem Kolben 38 in Eingriff steht. Durch Zusammenwirken zwischen der wandernden, Kugeln tragenden Mutter 100 und dem äußeren Gewindegang 98 hat eine axiale Bewegung des Kolbens 38 eine Drehung der Spindel 92 in einem Ausmaß zur Folge, welches sich als Funktion des Bewegungsausmasses des Kolbens gegenüber der Gehäusewand 34 ändert. Kegelräder 104 und 105 des Rückführsystems 88 übertragen die Drehbewegung der Spindel 92 auf den äußeren Ventilkörper 78. Der äußere Ventilkörper 78 wird so gegenüber dem inneren Ventilkörper 36 in einem Ausmaß gedreht, welches dem Ausmaß der axialen Bewegung des Kolbens 38 entspricht. Die Spindel 92, die Getrieberäder

104 und 105 und das Lenksteuerventil 66 arbeiten in gleicher Weise zusammen, wie dies in der amerikanischen Patentschrift 3 918 544 beschrieben ist.

Eine ringförmige Ausgleichs- oder Sekundärkammer 106 (Fig. 2) erstreckt sich axial längs der Schraubenspindel 92. Ein Ende der Ausgleichskaramer 106 ist zwischen der Mutter 100 und der Spindel 92 mit einer Dichtung 108 versehen. Die Dichtung 108 erstreckt sich in den Beginn des äußeren Schraubenganges 98, um ein Austreten des Mediums aus der Kammer 42 veränderlichen Yolumens am Kopfende längs der Spindel in die Ausgleichskammer 106 zu verhindern. Das andere Ende der Ausgleichskammer 106 ist mit einer ringförmigen Abdichtwand 110 am äußeren Ende der Spindel 92 versehen. Die Ausgleichskammer 106 wird ferner durch eine zylindrische Innenfläche 114 der Kolbenstange 48, eine Innenfläche der Kugeln tragenden Mutter 100 und die Außenseite der Spindel 92 gebildet. Luft kann aus dem Innern der Kolbenstange 48 durch einen Entlüftungsstopfen 115 entweichen.

Me Ausgleichskammer 106 ist so bemessen, daß sie am Stangenende 50 des Kolbens 38 eine Wirkungsfläche hat, die der Querschnittsfläche der ringförmigen Wand 120 der Kolbenstange 48 entspricht. Insbesondere ist die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer gleich der Ringfläche zwischen einer zylindrischen Innenseitenfläche 152 der rohrförmigen Kolbenstangenwandung 120 und einem Flächenabschnitt der Spindel 92 von maxialem größerem Durchmesser. Die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer 106 ist, projiziert auf eine in Fig. 2 mit A-A bezeichnete Ebene, ringförmig. Die Ebene A-A erstreckt sich rechtwinklig zur Mittelachse der Kolbenstange 48 und des Bewegungsweges des Kolbens 38 in der Kammer 36.

Die linke kopfendige Wirkungsfläche des Kolbens 38 ist gleich der Ringfläche des Kopfendes 121, bestimmt durch den Außendurchmesser des Kolbens 38 und den Außendurchmesser der Spindel 92.

Die kopfendige Wirkungsfläche des Kolbens 38 ist gleich der Fläche des Kopfendteiles 121, projiziert auf die Ebene A-A. Die stangenendige Wirkungsfläche des Kolbens 38 ist gleich der Fläche des Stangenendes 50 des Kolbens außerhalb der Kolbenstange 48, projiziert auf die Fläche A-A. Wenn der Mediumsdruck, welchem das Kopfende 121 oder das Stangenende 50 des Kolbens 38 unterliegt, mit den kopfseitigen bzw. stangenseitigen Wirkungsflächen multipliziert wird, so ergibt sich die auf den Kopf oder das Stangenende des Kolbens 38 durch den Mediumsdruck wirkende Kraft.

Im vorliegenden Fall hat das Kopfende 121 des Kolbens 38 eine Wirkungsfläche, welche die Wirkungsfläche des Stangenendes 50 des Kolbens 38 um einen Betrag übersteigt, welcher dem Zweifachen der ringförmigen Querschnittsfläche der Rohrwandung 120 der Kolbenstange 48 entspricht.

Wenn das Lenksteuerventil 66 betätigt wird, um Hochdruckmedium der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen zuzuleiten und auf das Kopfende 121 des Kolbens 38 einen Druck auszuüben, so leitet das Ausgleichsventil 68 aus der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen Druckmedium in die Ausgleichs- oder Sekundärkammer 106 (Fig. 2). Die auf das Stangenende 50 des Kolbens 38 durch das Medium in der Ausgleichskammer 106 einwirkende Druckkraft wirkt der Mediumsdruckkraft entgegen, welche auf dem Kopfende 121 des Kolbens lastet. Da die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer 106 gleich der Querschnittsfläche der rohrförmigen Kolbenstangenwand 120 ist, so wird

die kopfendige Wirkungsfläche des Kolbens 38 um einen Betrag vermindert, welcher der Querschnittsfläche der Kolbenstangenwand entspricht.

Wenn das Lenksteuerventil 66 betätigt wird, um Druckmedium dem Stangenende der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen zuzuleiten, so lenkt das Ausgleichsventil 68 das Hochdruckmedium zu der Ausgleichskammer 106. Da die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer am Stangenende des Kolbens 38 liegt, so ist die gesamte Wirkungsfläche am Stangenende des Kolbens gleich der Wirkungsfläche, die sich dem Mediumsdruck in der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen darbietet, vermehrt um die Wirkungsfläche, die dem Mediumsdruck in der Ausgleichskammer 106 unterliegt.

Bei Lenkungen, bei welchen das Hochdruckmedium dem Kopfende der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen des Servomotors 32 zugeleitet wird, ist die Wirkungsfläche am Kopfende des Kolbens 38 durch die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer 106 vermindert. Bei Lenkungen, bei welchen das Hochdruckmedium dem stangenseitigen Ende der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen des Servomotors 32 zugeleitet wird, ist die Wirkungsfläche am Stangenende des Kolbens durch die Wirkungsfläche in der Ausgleichskammer 106 vermehrt. Da die Wirkungsfläche in der Ausgleichskammer 106 gleich der ringförmigen Querschnittsfläche der Kolbenstange 120 ist, so sind die effektiven Wirkungsflächen am Stangenende und am Kopfende des Kolbens 38 gleich oder bei Lenkungen in entgegengesetzten Richtungen ausgeglichen.

Bei Drehung des Steuerrades 18 und Betätigung des Lenkst euerventils 66, um die lenkbaren Fahrzeugräder 10 und 12 (Pig. 1) nach rechts einzuschlagen, wird Hochdruckmedium

aus dem Lenksteuerventil 66 in einen Kanal 124 (Fig. 2) geleitet, der sich in der Zylinderwand 126 des Gehäuses 34 befindet. Das Medium wird zu einem Auslaß 128 geführt, der sich in Fig. 2 der Zeichnung in das rechte Ende der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen öffnet. Hierdurch wirkt der Mediumsdruck auf den ringförmigen Stangenendteil 50 des Kolbens 38 außerhalb der Kolbenstange 48. Das Kopfende der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen steht über einen Kanal 158 (Fig. 2 und 3) und das Lenksteuerventil 66 mit dem Vorratsbehälter 28 in Verbindung.

Das Hochdruckmedium in der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen wird auch durch den Kanal 134 (Fig. 7) in dem Kolben 38 dem Ausgleichs- oder Sekundärventil 68 zugeleitet. Obwohl der Kanal 134 , so wie er aus Fig. 7 ersichtlich ist, sich nur radial nach außen zur inneren TJmfangsfläche der zylindrischen Wand 126 hin erstreckt, verläuft der Kanal 134 auch axial längs des Kolbens 38 von der zylindrischen Kammer 44 (Fig. 2) zu dem Ausgleichsventil 68.

Das Ausgleichsventil 68 ist in dem Kolben 38 angeordnet und weist einen kugeligen Ventilkörper 138 (Fig. 7) auf. Das durch den Kanal 134 ankommende Druckmedium fließt durch einen Kanal 139, um den kugelförmigen Ventilkörper 138 gegen einen kegeligen Ventilsitz 140 zu drücken, der sich in dem Kolben 38 befindet. Der Ventilkörper 138 versperrt damit einen Strom des Mediums durch einen zweiten axialen Kanal 144 (Fig. 2 und 7) in dem Kolben 38, der mit der Motorkammer 42 mit veränderlichem Volumen in Verbindung steht.

Das Hochdruckmedium aus der stangenendigen Motorkammer 44 mit veränderlichem Volumen strömt durch das betätigte Ausgleichsventil 68 in einen Kanal 148 (Fig. 2 und 7). Der

Kanal 148 verläuft axial durch den Kolben 38 von dem Ausgleichsventil 68 zu der Ausgleichskammer 106 (Pig. 2), die eich innerhalb der hohlen Kolbenstange 48 befindet. Infolgedessen wirkt Mediumsdruck in der Ausgleichskammer 106 gegen den Kolben 38 und die Dichtung 108, um den Kolben nach links zu bewegen, wie in Fig. 2 gezeigt.

Wenn das Lenksteuerventil 66 betätigt wird, um das Hochdruckmedium dem Stangenende der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen zuzuleiten, so ist die effektive Wirkungsfläche des stangenendigen Teils des Kolbens 38, welche.· dem Hochdruckmedium ausgesetzt ist, somit gleich der Summe (a) der ringförmigen Wirkungsfläche des Kolbens 38 am Stangenende und (b) der ringförmigen Wirkungsfläche der Ausgleichskammer 106.

Bei Drehung des Steuerrades 18 zum Einschlagen der lenkbaren Fahrzeugräder 10 und 12 nach links wird das Lenksteuerventil 66 so betätigt, daß es Hochdruckmedium über den Kanal 158 dem Kopfende der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen zuleitet. Das Lenksteuerventil 66 verbindet auch die stangenendige Kammer 44 mit veränderlichem Volumen mit dem Vorratsbehälter 28.

Das Hochdruckmedium in der am Kopfende befindlichen Kammer 42 mit veränderlichem Volumen ist durch den axial verlaufenden Kolbenkanal 144 (Fig. 2) mit dem Ausgleichsventil 68 verbunden. Der Mediumsdruck drückt den kugelförmigen Ventilkörper 138 gegen den Ventilsitz 162, wie dies aus "Fig. 7 ersichtlich ist, um den Mediumsfluß von der Kammer 44 mit veränderlichem Volumen durch das Ausgleichsventil 68 zu versperren. Die am Kopfende befindliche Kammer 42 mit veränderlichem Volumen ist somit über den Kanal 144, das Ausgleichsventil

68 und den Kanal 148 mit der Ausgleichskammer 106 verbunden. Als Ergebnis wirkt hoher Mediumsdruck gegen die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer am Stangenende des Kolbens 38.

Der auf die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer lastende Mediumsdruck wirkt einer Bewegung des Kolbens 38 nach rechts entgegen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Nichtsdestoweniger bewirkt der auf der größeren Wirkungsfläche des kopfendigen Teiles des Kolbens 38 lastende Mediumsdruck eine Bewegung des Kolbens nach rechts, und zwar gegen den Mediumsdruck in der Ausgleichskammer 106. Wenn sich der Kolben 38 nach rechts bewegt, so nimmt das Volumen der Ausgleichskammer 106 ab und Druckmedium strömt aus der Kammer 106 über das Ausgleichsventil 68 zu der Kammer 42 mit veränderlichem Volumen am Kopfende.

Da die Wirkungsfläche der Ausgleichskammer 106 gleich der Querschnittsfläche der rohrförmigen Wand 120 der Kolbenstange 48 ist, so ist die effektive Wirkungsfläche des Kopfendteiles des Kolbens, welcher dem Hochdruckmedium ausgesetzt ist, gleich dem Unterschied zwischen (a) der kopfendigen Wirkungsfläche und (b) der Wirkungsfläche der Ausgleichskammer. Die effektive kopfendige Wirkungsfläche ist also gleich der Summe von (a) der Wirkungsfläche des Stangenendes und (b) der Wirkungsfläche der Ausgleichskammer. Durch Angleichung der Wirkungsflächen während eines Rechts- und eines Linkseinschlages ist die reale Druckkraft des Mediums, welche bei einer Rechtslenkung den Kolben 38 nach links drückt (wie aus Fig. 2 ersichtlich) gleich der Druckkraft des Mediums, welche den Kolben (ebenfalls gemäß Fig. 2) nach rechts verschiebt, sofern die Betriebsbedingungen des Fahrzeuges die gleichen sind. Die Angleichung der Lenkkräfte bei Lenkungen in entgegengesetzten Richtungen ergibt in beiden Lenkrichtungen

ein gleiches Maß an Kraft, die am Steuerrad aufzuwenden ist.

Obwohl die Zusammenarbeit zwischen dem Ausgleichsventil 68 und der Ausgleichskammer 106 wirksam ist, um die während Lenkungen in entgegengesetzten Richtungen auf den Kolben 38 einwirkenden hohen Druckkräfte anzugleichen, ist das Ausgleichsventil 68 und die Kammer 106 zum Ausgleich der in entgegengesetzten Richtungen auf den Kolben 38 einwirkenden Kräfte nicht effektiv, und zwar wegen der restlichen Drücke in den Motorzylinderkammern 42 und 44, wenn sich der Motor 32 in einem inaktivem Zustand befindet. Daraus ergibt sich, daß in den Motorzylinderkammern 42 und 44 und in der Ausgleichskammer 106 bei nicht betriebenem Motor 32 der verbleibende Mediumsdruck, welcher auf die relativ große Kopfendfläche des Kolbens 32 einwirkt, den Kolben, wie aus Fig. ersichtlich, nach rechts drückt, und zwar gegen den Einfluß der resultierenden Kraft aus der Einwirkung des Restdruckes gegen die Wirkungsflächen des Stangenendes und der Ausgleichskammer. Dies tritt ein, weil die Wirkungsfläche des Kopfendes die kombinierten Wirkungsflächen des Stangenendes und der Ausgleichskammer um die Querschnittsfläche der rohrförmigen Wandung 120 der Kolbenstange 48 übertrifft. Dies ergibt den verbleibenden Mediumsdruck in der Motorzylinderkammer 42, wodurch der Kolben 38 nach rechts bewegt itfird, obwohl das Lenksteuerventil 66 sich in einer nicht betätigten oder neutralen Stellung befindet.

Bei bekannten Servolenksystemen .ergibt sich der restliche Mediumsdruck aus den Motorzylinderkammern 42 und 44, welche über eine das Medium zurückleitende Leitung mit einem Vorratsbehälter verbunden sind. Die verschiedenen Ventile und Anschlüsse auf dem Weg zu dem Vorratsbehälter bewirken einen Druckabfall in der Rückleitung von 2,81 bis 6,33 kg/cm

zwischen den Motorzylinderkammern 42 und 44 und dem Vorratsbehälter 28. Außerdem findet ein ständiger Strom des Mediums von dem Lenksteuerventil 66 durch die Rückleitung 30 zu dem Torratsbehälter statt, wenn ein offenes Zentralsteuerventil eines bekannten Servolenksystems sich in einem unbetätigten oder neutralen Zustand befindet.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die auf gegenüberliegende Seiten des Kolbens einwirkenden Druckmediumskräfte beseitigt, wenn sich das Lenksteuerventil 66 und der Servomotor 32 in inaktivem Zustand befinden. Da die Wirkungsfläche am kopfseitigen Teil 121 des Kolbens 38 die Wirkungsfläche am Stangenende 50 des Kolbens übertrifft, so wird lediglich durch Angleichung des Restdruckes, der auf dem Kolben 38 lastet, wenn sich der Motor 32 in inaktivem Zustand befindet, erreicht, daß sich der Kolben 38 nach rechts bewegt (Pig. 2). Infolgedessen muß der verbleibende Mediumsdruck beseitigt werden, um in Pig. 2 eine Rechtsbewegung des Kolbens 38 zu verhindern.

Die Beseitigung des restlichen Mediumsdruckes und der sich daraus ergebenden Kräfte erfolgt durch eine Entlüftung der Motorzylinderkammern-42 und 44 und der Ausgleichskammer 106 auf den atmosphärischen Druck, wenn das Lenksteuerventeil 66 sich in neutraler oder ruhender Stellung befindet. Daraus ergibt sich dann in den Motorzylinderkammern 42 und 44 und in der Ausgleichskammer 106 ein Überdruck 0. Es sind dann keine effektiven, auf den Kolben 38 einwirkende Mediumsdruckkräfte vorhanden. Der Servomotor ist dann völlig inaktiv und er läuft nicht in Gefahr, unter dem Einfluß von restlichen Mediumsdruckkraften in Tätigkeit zu treten.

Um die Motorzylinderkammern 42 und 44 bis auf den atmosphärisch

Druck zu entlüften, ist, wie aus Pig. 1 ersichtlich, eine Leitung 194 vorhanden, welche das Lenksteuerventil 66 mit dem Torratsbehälter 28 verbindet. Wenn das Lenksteuerventil 66 sich in einem neutralen, nicht betätigten Zustand befindet, strömt das von der Pumpe 22 kommende Medium durch die Speiseleitung 24 zu dem Lenksteuerventil und von diesem durch die Rückleitung 30 zurück zu dem Vorratsbehälter 28. Ein Strom durch die Entlüftungsleitung 194 findet nicht statt, doch steht die Auslaßleitung 194 mit den Motorzylinderkammern 42 und 44 (Fig. 2) über das Lenksteuerventil 66 in Verbindung .

Da durch die Auslaßleitung 194 keine Strömung geht, wenn das Lenksteuerventil 66 sich in seiner Neutralstellung befindet, so zeigt sich in dem Lenksteuerventil 66 und längs der Auslaßleitung 194 auch kein Abfall des Mediumsdruckes. Infolgedessen sind die Motorzylinderkammern 42 und 44 dem Mediumsdruck des Vorratsbehälters 28 d.h. also dem atmosphärischen Druck ausgesetzt. Wenn sich das Lenksteuerventil 66 in neutralem und nicht betätigtem Zustand befindet, fließt das Medium unter verhältnismäßig hohem Druck durch die Speiseleitung 24 zu dem Lenksteuerventil 66. Unter niedrigem Druck fließt das Medium von dem Lenksteuerventil 66 durch die Rückleitung 30 zu dem Vorratsbehälter 28. Das Medium in der Auslaßleitung 194 steht unter atmosphärischem Druck, der wesentlich niedriger als der Mediumsdruck in der Rückleitung 30 ist.

Der atmosphärische Druck in der Auslaßleitung 194 wird über das nicht betätigte Lenksteuerventil 66 auf die Motorzylinderkammern 42 und 44 übertragen. Das Ausgleichsventil 68 leitet den atmosphärischen Druck der Ausgleichskammer 106 zu. Eine Kammer 198 in dem Ventilgehäuse 200 (Fig. 3), welche auch

die Kegelräder 104 und 105 enthält, steht durch einen in dem Gehäuse 200 vorgesehenen Anschluß 202 (Fig. 3) mit der Auslaßleitung 194 in Verbindung. Ein Kanal 206 (Fig. 3) in der Basis der Tentilhülse 78 verbindet die Kammer 198 strömungsmäßig mit einer Ringnut 210 auf der Innenseite der Ventilhtilse 78. Diese Nut 210 umfaßt den unteren Endteil des Ventilkörpers 76 (Fig. 3). Die Ringnut 210 steht mit einem Paar von diametral gegenüberliegenden, in der Längsrichtung verlaufenden Auslaßschlitzen 212, 214 in Verbindung (Fig. 5).

Wenn das Lenksteuerventil 66 sich, wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt, in seiner neutralen Ruhestellung befindet, ist ein Paar von diametral gegenüberliegenden Motorzylinderöffnungen 218 und 220 (Fig. 5) in Strömungsverbindung mit den Auslaßschlitzen 212 und 214 in dem Ventilkörper 76 (Fig. 5). Die Motorzylinderöffnungen 218 und 220 sind mit einem Kanal 224 in dem Ventilgehäuse 200 verbunden (Fig. 3). Der Kanal 224 steht in Strömungsverbindung mit dem Kanal 124, der in Fig. zu der rechten Motorzylinderkammer 44 führt.

In ähnlicher Weise ist in der Ventilhülse 78 ein Paar von diametral gegenüberliegenden Motorzylinderöffnungen 228 und 230 vorhanden, die mit den Auslaßöffnungen 212 und 214 in dem Ventilkörper 76 in Strömungsverbindung stehen. Die Motorzylinderöffnungen 228 und 230 stehen gemäß Fig. 2 mit der ■ linken Motorkammer 42 durch den Kanal 150 (Fig. 3) in dem Ventilgehäuse 200 in Strömungsverbindung.

Wenn das Lenksteuerventil 66 sich gemäß Fig. 3 und 5 in seiner neutralen oder Ruhestellung befindet, so sind die Motorzylinderkammern 42 und 44 mit der Auslaßleitung 194 (Fig. 1) in StrömungsVerbindung. Es findet jedoch im wesentlichen kein Mediumsstrom durch die Auslaßleitung 194 statt

- je -

und in den beiden Motorzylinderkammern 42 und 44 herrscht atmosphärischer Druck oder der Überdruck 0. Da der ganze Servomotor 32 dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, so ist der atmosphärische Druck in den Motorzylinderkammern und 44 nicht in der Lage, den Kolben 38 zu bewegen, obwohl das Kopfende des Kolbens eine größere Wirkungsfläche als das Stangenende desselben hat.

Wenn sich das Lenksteuerventil 66 in der in Fig. 3 und 5 gezeigten Neutralsteilung befindet, so gelangt das Hochdruckmedium aus der Speiseleitung 24 zu einem Anschluß 234 (Fig. 4) an dem Gehäuse 200. D_as Hochdruckmedium strömt aus dem Anschluß 234 zu einer Ringnut 238 (Fig. 3), die sich in dem Gehäuse 200 befindet und den Ventilkörper 78 umfaßt. Eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Kanälen 242, 244, 246 und 248 (Fig. 5) in dem Ventilkörper 78 verbindet die Ringnut 238 mit den sich axial erstreckenden Nuten oder Schlitzen 252, 254, 256 und 258 (Fig. 5) in dem Ventilkörper 76. Der Strom des Mediums aus den Schlitzen 252 bis 258 zu den Motorzylinderöffnungen 218, 220, 228 und 230 wird . durch den Ventilkörper 76 abgesperrt. Eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 262, 264, 266 und 268 (Fig. 5) in der Hülse 78 verbindet jedoch die Schlitze 252 bis 258 strömungsmäßig mit den axialen Nuten 272 und 274, welche sich in Fig. 3 längs des Ventilkörpers 76 aufwärts zu der Rückflußkammer 278 (Fig. 3) am oberen Ende des Ventilkörpers 78 ers irecken.

Die Rückflußkammer 278 steht mit der Rückflußleitung 30 (Fig. 1) über eine Nut 282 (Fig. 3) und einen Anschluß 284 (Fig. 4) am-Gehäuse 200 in Verbindung. Wenn sich das Lenksteuerventil 66 in seiner Neutral- oder Ruhestellung nach Fig» 3 und 5 befindet, so wird also das Hochdruckmedium aus

der Speiseleitung 24 durch die Kanäle 242, 244, 246 und in den Ventilkörper 78 zu den sich axial erstreckenden Rückführnuten oder -schlitzen 272 oder 274 iⁿ dem Ventilkörper 76 geleitet. Die Rückführnuten 272 und 274 stehen mit der Rückflußkammer 278 und der Leitung 30 in Strömungsverbindung.

Bei Betätigung des Lenksteuerventils 66, um die kopfendige Motorzylinderkammer 42 unter Druck zu setzen, wird das Eingangsglied 72 und der Ventilkörper 76 aus der in Fig. 5 gezeigten Stellung in die Stellung nach Pig. 6 im Uhrzeigersinn gedreht. Dadurch kommt der Einlaßkanal 244 mit der Motorzylinderöffnung 230 über die Nut 254 in Verbindung. Der Einlaßkanal 248 wird ebenfalls, und zwar über die Nut 258, mit der Motorzylinderöffnung 228 in Strömungsverbindung gebracht. Die Motorzylinderöffnungen 228 und 230 sind mit einer Ringnut 283 (Fig. 3) in dem Gehäuse 200 in Strömungsverbindung. Die Ringnut 283 ist ihrerseits mit der kopfendigen Motorzylinderkammer 42 über den Kanal 158 in Strömungsverbindung. Infolgedessen leitet das betätigte Lenksteuerventil 66 das Hochdruckmedium aus der Speiseleitung 24 (Fig. 1) durch die Einlaßkanäle 244 und 248 und die Motorzylinderöffnungen 230 und 228 zu der kopfendigen Kammer 42, um eine Bewegung des Kolbens 38 in Fig. 2 nach rechts zu bewirken.

Wenn sich der Kolben nach rechts bewegt, so verkleinert sich die stangenendige Motorzylinderkammer 44 und das Medium wird durch den Kanal 224 (Fig. 2) zu dem Lenksteuerventil hin abgegeben. Der Kanal 224 steht mit einer Ringnut 286 (Fig. 3) in Verbindung, welche den Ventilkörper 78 umgibt. Die Ringnut 286 ist in Strömungsverbindung mit den Motorzylinder Öffnungen 218 und 220 (Fig. 6) in dem Ventilkörper 78. Die Motorzylinderöffnungen 218 und 220 stehen in Strömungs-

verbindung mit den sich axial erstreckenden Auslaßschlitzen oder -nuten 212 und 214 in dem Ventilkörper 76. Die Nuten 212 und 214 sind ihrerseits über eine Sammelnut 210 und den Kanal 206 in dem Ventilkörper 78 mit der Kammer 198 verbunden. Dadurch wird das aus der stangenendigen Motorzylinderkammer entleerte Medium durch das betätigte Lenksteuerventil 66 und die Auslaßleitung 194 zu dem Vorratsbehälter 28 befördert. Wenn das Ventil 66 sich in der Stellung nach Fig. 6 befindet, so wird der Mediumsstrom durch die Rücklaufschlitze oder -nuten 272 und 274 in den Ventilkörper 76 abgesperrt, so daß kein Strom des Mediums durch die Rückleitung 30 stattfindet.

Wird das Lenksteuerventil 66 betät.igt, um die stangenendige Motorzylinderkammer 44 unter Druck zu setzen, so wird das Eingangsglied 72 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht (Pig. 5). Dies ergibt eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Drehung des Ventilkörpers 76 gegenüber der Ventilhülse 78. Die Motorzylinderöffnungen 218 und 220 werden dabei mit den Speiselei tungs eingängen 242 und 246 in Strömungsverbindung gebracht. Das Medium fließt nun aus der Speiseleitung 24 (Fig. 1) durch die Einlasse 242 und 244 zu den Motorzylinderöffnungen 218 und 220. Die Motorzylinderöffnungen 218 und 220 stehen mit der Ringnut 286 (Fig. 3) und den Kanälen 224 und 124 in Strömungsverbindung (Fig. 2), welche zu der stangenseitigen Motorzylinderkammer 44 führen. Die Motorzylinderöffnungen und 230 (Fig. 5) stehen mit den Auslaßnuten oder -schlitzen 212 und 214 in dem Ventilkörper 76 in Strömungsverbindung. Infolgedessen wird das in der kopfseitigen Motorzylinderkammer 42 befindliche Medium durch das Lenksteuerventil 66 in die Auslaßleitung 194 entleert.

Aus dem Vorhergesagten ergibt sich, daß die Erfindung Druck-

mittelkräfte auf den entgegengesetzten Seiten des Kolbens des Servomotors 32 beseitigt, wenn sich das Lenksteuerventil 66 in seiner neutralen oder Ruhestellung befindet. Das Lenksteuerventil 66 ist mit drei Leitungen verbunden, nämlich einer Speiseleitung 24, durch welche das Druckmittel dem Lenksteuerventil 66 zuströmt, einer Rückleitung 30, durch welche überschüssiges Druckmedium in den Vorratsbehälter zurückbefördert wird, und einer Auslaßleitung 194» in welcher es bei in der Neutralstellung befindlichem Lenksteuerventil 66 im wesentlichen keine Strömung gibt. Der Mediumsdruck in der Auslaßleitung 194 entspricht dem atmosphärischen Druck.

Befindet sich das Lenksteuerventil 66 in seiner Neutralstellung, so ist die Auslaßleitung mit der kopfseitigen und der stangenseitigen Kammer 42 bzw. 44 des Servomotors 32 verbunden. Infolgedessen befinden sich die Kammern 42 und 44 auf atmosphärischem Druck oder dem Überdruck 0. Is wirken daher keine restlichen Mediumsdruckkräfte auf die kopfseitigen und stangenseitigen Wirkungsflächen des Kolbens 38, so daß eine Betätigung des Servomotors 32 bei in der Neutralsteilung (Fig. 5) befindlichem'Lenksteuerventil 66 nicht erfolgt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung steht das Lenksteuerventil 66 durch die Auslaßleitung 194 mit dem atmosphärischen Druck in dem Vorratsbehälter 28 in Verbindung. Das Lenksteuerventil 66 könnte jedoch auch statt über die Auslaßleitung 194 auf andere Weise mit einer Quelle atmosphärischen Drucks verbunden sein. Beispielsweise könnte die Gehäusekammer 198 unmittelbar in die Atmosphäre entlüftet werden. Im übrigen könnte die Servolenkeinrichtung 14 gemäß der Erfindung einen Motor haben, dessen Konstruktion von derjenigen des Motors 32 abweicht. Ebenso könnte die

Einrichtung mit einem lenksteuerventil anderer Bauart statt mit dem Lenlcsteuerventil 66 versehen sein.

Leerseite

Claims

PRINZ, LEI3-eR,":ÖÜNkE & PARTNER Patentanwälte · European Patent Attorneys O O 0 /OjU München Stuttgart IRW Inc. 18· Oktober 1983 23555 Euclid Avenue Cleveland, Ohio 44117. U.S.A. Unser Zeichen: T 5643 Pa tentansprüche

1. /Servolenkeinrichtung für die Einschlagbewegung lenkbarer ^—^ Fahrzeugräder, gekennzeichnet durch einen zweikammerigen Servomotor, ein Steuerventil, das aus einer Neutralstellung, in welcher der Servomotor inaktiv ist, in eine erste Betriebsstellung zu bringen ist, um den Druck eines Mediums der ersten Motorkammer zuzuleiten und so durch den Motor eine Schwenkung der steuerbaren Fahrzeugräder in eine erste Richtung zu bewirken,...und aus der Neutralstellung in eine zweite Betriebsstellung zu bringen ist, um den Druck des Mediums der zweiten Motorkammer zuzuleiten und so durch den Motor eine Schwenkung der steuerbaren Fahrzeugräder in eine zweite Richtung zu bewirken, durch eine Speiseleitung, die das Medium von einer Quelle unter einem ersten Druck zu dem Steuerventil leitet, eine Rückleitung, die das Medium von dem in seiner Neutralstellung befindlichen Steuerventil unter einem zweiten Druck ableitet j und eine Auslaßleitung, die dem Ventil einen dritten Mediumsfcüek zuführt, der kleiner als der erste und der zweite Druck ist, wobei das Ventil die Auslaßleitung mit der ersten und der zweiten Motorzylinderkammer und die Speiseleitung mit der Riicikleitung verbindet, wenn sich das Ventil in der Neutralstellung befindet.

Pr/Hf

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Servomotor mit einem Gehäuse zur Bildung einer Hauptkammer, einem in dieser Kammer befindlichen Kolben, welcher die Hauptkammer in eine erste und eine zweite Motorkammer teilt, mit einer Kolbenstange, die mit einem ersten Endteil des Kolbens verbunden ist und sich durch die erste Motorkammer und die Gehäusewand erstreckt, wobei der erste Kolbenendteil eine dem Mediumsdruck in der ersten Motorkammer ausgesetzte Wirkfläche hat und der zweite Kolbenendteil eine zweite Wirkfläche aufweist, die dem Mediumscfcuck in der zweiten Motorkammer ausgesetzt und größer als die erste Wirkfläche ist.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil in jeder seiner !Betriebsstellungen die Auslaßleitung mit einer der Motorkammern in Flüssigkeitsverbindung bringt und die Speiseleitung mit der anderen Motorkammer verbindet.

4. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn.-zeichnet, daß der dritte Druck im wesentlichen dem atmosphärischen Druck entspricht.