DE3526679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkventil für eine Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus Kostengründen werden vielfach hydraulische Kraftfahrzeugs-Hilfskraftlen­ kungen nur mit einem einzigen hydraulischen Arbeitszylinder ausgebildet, der nur eine einzige sich lediglich von einer Seite des Kolbens aus erstreckende Kol­ benstange aufweist, so daß sich unterschiedliche wirksame Kolbenflächen erge­ ben. Dies führt dazu, daß derartige Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkungen un­ symmetrische Lenkkräfte erzeugen.

Aus DE-PS 29 31 139 ist ein Steuer- bzw. Lenkventil für eine Kraftfahrzeug-Hilfs­ kraftlenkung bekannt, mit dem trotz unterschiedlicher Kolbenflächen in beide Betätigungsrichtungen eine gleichhohe hydraulische Unterstützung erreichbar ist. Dabei handelt es sich um ein Steuerventil mit offener Mittelstellung, zur hydraulischen Unterstützung einer Lenkbewegung einer Lenkspindel, das die bei­ den durch den Kolben voneinander getrennten und sich gegenüberliegenden mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagten Arbeitskammern eines unausgegli­ chenen Arbeitszylinders mit Hydraulikflüssigkeit versorgt und das einen oder mehrere in einem Ventilgehäuse verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnete Steuerkolben aufweist. Dabei sind zwischen Steuerkolben und Ventilgehäuse Steuerkanten derart ausgebildet, daß die Zulaufsteuerkanten und die Rücklauf­ steuerkanten für die Arbeitskammern des Arbeitszylinders unterschiedlich aus­ gebildet sind und zwar derart, daß die Steuerkanten, die während der Lenkbewe­ gung den Servodruck für die stangenfreie Arbeitskammer regeln, über dem Ven­ tilweg einen geringeren Drosselwiderstand bringen als bei Druckeinsteuerung in die stangenseitige Arbeitskammer. Die Steuerkanten, die den Druck für die stan­ genfreie Arbeitskammer regeln, bewirken nun durch entsprechende Eindrehun­ gen an den Steuerkolben einen geringeren Drosselwiderstand als die Steuerkan­ ten für den stangenseitigen Arbeitsraum, und ergeben damit einen geringeren Druck in der entstprechenden Zuführungsleitung. Durch eine entsprechende Wahl der Einstellung läßt sich somit in beide Betätigungsrichtungen trotz unterschied­ licher Kolbenflächen eine gleichhohe hydraulische Unterstützung erreichen.

Da die beiden Steuerkolben sich nur in der Formgebung der Steuerkanten vonein­ ander unterscheiden, im übrigen aber von identischer Gestalt und Größe sind, be­ steht die Gefahr eines fehlerhaften Zusammenbaus. Es ist daher notwendig, beim Zusammenbau besondere Sorgfalt walten zu lassen, wodurch die Herstellungsko­ sten erhöht werden. Hinzu kommt bei einem fehlerhaften Zusammenbau auf­ grund der daraus resultierenden unterschiedlichen hydraulischen Unterstüt­ zungskräfte eine erhebliche Verletzungsgefahr für Fahrzeuginsassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkventil für eine Kraftfahrzeug- Hilfskraftlenkung zu schaffen, das aus einer minimalen Anzahl verschiedener Teile besteht, so daß ein einfacher und ohne besondere Vorkehrungen fehlerfreier Zusammenbau möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Lenkventil der eingangs genannten Art erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß sich der Strömungsquerschnitt der ersten Zulauföff­ nung und der ersten Rücklauföffnung entsprechend dem Hub der Steuerventilkol­ ben dadurch in einem größeren Maß verändert als derjenige der zweiten Zulauf­ öffnung und der zweiten Rücklauföffnung und daß die zugehörigen Steuerkanten in den Ventilgehäusebohrungen demgemäß ausgebildet sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist im Patentanspruch 2 ange­ geben.

Die Erfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß für das Lenkventil Steuerkolben mit identischem Aufbau und Abmessungen verwendet werden. Die unterschiedlichen Strömungsquerschnitte werden neben der Stellung der Steu­ erventilkolben von den unterschiedlichen Profilen der beiden Bohrungen be­ stimmt.

Durch Verwendung identischer Steuerventilkolben ist ein fehlerhafter Zusam­ menbau des Lenkventils ausgeschlossen. Ferner werden wegen der Identität die Herstellungskosten für die Steuerkolben stark gesenkt.

Aus DE-PS 29 04 111 ist es bekannt, bei Ventilen für Kraftfahrzeug-Hilfskraftlen­ kungen den freien Strömungsquerschnitt zwischen Steuerkanten dadurch zu be­ einflussen, daß die Steuerkanten in den Gehäusebohrungen für die Ventilschie­ ber demgemäß ausgebildet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Lenkventil mit zugehörigem Arbeitszylinder für eine Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkung; und

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Kraftfahrzeug- Hilfskraftlenkung mit dem Lenkventil nach Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Kraftfahr­ zeugs-Hilfskraftlenkung weist einen unausgeglichenen Lenkzylinder 1 und ein hydraulisches Lenkventil 2 auf.

Zum unausgeglichenen Lenkzylinder 1 gehört ein Zylinder 3. Ein Arbeitskolben 6 ist verschiebbar innerhalb des Zylinders 3 angeordnet und begrenzt dort einen stangenseitigen Arbeitsraum 4 mit kleinerer Kolbenfläche und einen stangen­ freien Arbeitsraum 5 mit größerer Kolbenfläche. Der Arbeitskolben 6 ist fest an einem Ende einer Kolbenstange 7 angebracht. Die Kolbenstange 7 erstreckt sich vom Arbeitskolben 6 weg durch den stangenseitigen Arbeitsraum 4 und durch eine Öffnung in einer Zylinderstirnwand 3 a hindurch. Die Öffnung in der Zylin­ derstirnwand 3 a für die Kolbenstange 7 ist abgedichtet. Das Außenende der Kol­ benstange 7 ist mit einem Lenkorgan 8 des Fahrzeugs verbunden.

Das hydraulische Lenkventil 2 ist über eine Hydraulikleitung 19 mit einer Druckmittelquelle 18 verbunden. Zum hydraulischen Lenkventil 2 gehört ein Ventilgehäuse 11. Das Ventilgehäuse 11 weist eine Zulauföffnung 9 und eine Rücklauföffnung 10 auf. Innerhalb des Ventilgehäuses 11 ist ein Ventilkörper 12 untergebracht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Ventilkörper 12 über die Kolben­ stange 7 mit dem Lenkorgan 8 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Wechselwirkung zwischen der Kolbenstange 7 und dem unteren Ende des Ventilkörpers 12 über einen bekannten Zahnstangen-Lenkmechanismus.

Der Ventilkörper 12 ist weiterhin über einen Drehstab 17 mit einer Lenkspindel 34 verbunden. Der Drehstab 17 ist über Verbindungsbolzen 17 a und 17 b mit dem Ventilkörper 12 bzw. der Lenkspindel 34 verbunden. Eine erste Ventilbohrung 13 und eine zweite Ventilbohrung 14 führen durch den Ventilkörper 12 hindurch; diese Ventilbohrungen 13 und 14 sind auf beiden Seiten des Drehstabes 17 ange­ ordnet und im wesentlichen senkrecht zum Drehstab 17 sowie parallel zur Achse des Ventilkörpers 12 ausgerichtet. Innerhalb der ersten Ventilbohrung 13 befin­ det sich ein erster Steuerventilkolben 15, und innerhalb der zweiten Ventilboh­ rung 14 befindet sich ein zweiter Steuerventilkolben 16. Sowohl der erste Steuer­ ventilkolben 15 als auch der zweite Steuerventilkolben 16 sind über einen Stift 35 mit der Lenkspindel 34 verbunden.

Bei Lenkbewegungen werden der erste Steuerventilkolben 15 und der zweite Steuerventilkolben 16 in einander entgegengesetzte Richtungen verschoben.

Arbeitsleitungen 36 und 36 a bzw. 37 und 37 a führen von den Ventilbohrungen 13 bzw. 14 zu den Arbeitsräumen 4 bzw. 5. Darüberhinaus sind sowohl die erste Ven­ tilbohrung 13 wie auch die zweite Ventilbohrung 14 über einen in dem Ventilkör­ per 12 ausgebildeten Rücklaufkanal 38, sowie über die Rücklauföffnung 10 und einen Rückführkanal 39 an einem Behälter 21 für das Arbeitsmittel angeschlos­ sen.

Der erste Steuerventilkolben 15 weist eine erste Steuerkante 20 auf, um den Zu­ lauf des Arbeitsmittels aus der ersten Ventilbohrung 13 in den stangenseitigen Arbeitsraum 4 zu regeln; weiterhin weist dieser erste Steuerventilkolben 15 eine zweite Steuerkante 22 zur Steuerung des Rücklaufs aus dem stangenfreien Ar­ beitsraum 5 auf. In gleicher Weise ist der zweite Steuerventilkolben 16 mit einer dritten Steuerkante 23 versehen, um den Arbeitsmittelzulauf in den stangenfrei­ en Arbeitsraum 5 zu regeln und mit einer vierten Steuerkante 24, um den Rück­ lauf des Arbeitsmittels aus dem stangenseitigen Arbeitsraum 4 zu steuern.

Die erste Steuerkante 20 bildet zusammen mit einer Steuerkante 25 in der ersten Ventilbohrung 13 eine erste steuerbare Zulauföffnung 27. In gleicher Weise wirkt die zweite Steuerkante 22 mit einer Steuerkante 26 zusammen, um eine steuerba­ re Rücklauföffnung 28 zu bilden. In gleicher Weise arbeitet die dritte Steuerkante 23 mit einer in der zweiten Ventilbohrung ausgebildeten Steuerkante 29 zusam­ men, um eine andere steuerbare Zulauföffnung 31 zu bilden. Die vierte Steuer­ kante 24 arbeitet mit einer Steuerkante 30 in der zweiten Ventilbohrung 14 zu­ sammen, um eine zweite steuerbare Rücklauföffnung 32 zu bilden.

Der erste Steuerventilkolben 15 und der zweite Steuerventilkolben 16 weisen identische Gestalt auf und besitzen den gleichen Außendurchmesser. Der Innen­ durchmesser 11 der Steuerkante 25 und der Steuerkante 26 der ersten Ventilboh­ rung 13 ist größer als der Innendurchmesser 12 der Steuerkante 29 und der Steu­ erkante 30 der zweiten Ventilbohrung 14. Deshalb übt die den Zulauf steuernde erste Zulauföffnung 27 der ersten Ventilbohrung 13 einen kleineren Strömungs­ widerstand auf die Arbeitsmittelströmung in dem stangenseitigen Arbeitsraum 4 aus, als die den Zulauf steuernde zweite Zulauföffnung 31 der zweiten Ventil­ bohrung 14. In gleicher Weise übt die den Rücklauf steuernde erste Rücklauföff­ nung 28 einen kleineren Strömungswiderstand auf die Arbeitsmittelströmung aus, als die den Rücklauf steuernde zweite Rücklauföffnung 32 der zweiten Ventil­ bohrung 15.

Hier ist zu beachten, daß die Differenz zwischen dem Durchmesser 1 ₁ der Steuer­ kante 25 und der Steuerkante 26 und andererseits dem Durchmesser 1 ₂ der Steu­ erkante 29 und der Steuerkante 30 so gewählt ist, daß der Unterschied zwischen den Hydraulikkräften, die in dem stangenseitigen Arbeitsraum 4 und im stan­ genfreien Arbeitsraum 5 herrschen, kompensiert wird. Aus diesem Grund ist der Unterschied der Strömungsquerschnitte zwischen den Sätzen der ersten Zulauf­ öffnung 27 und der ersten Rücklauföffnung 28 und der zweiten Zulauföffnung 31 und der zweiten Rücklauföffnung 32 umgekehrt proportional zu der Differenz zwischen den wirksamen Kolbenflächen des Arbeitskolbens 6.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der oben beschriebenen, bevorzugten Aus­ führungsform eines Lenkventils in Verbindung mit der Kraftfahrzeug-Hilfs­ kraftlenkung näher erläutert.

Sofern sich das Lenksystem in seiner Gleichgewichtsstellung befindet, nehmen der erste Steuerventilkolben 15 und der zweite Steuerventilkolben 16 ihre jewei­ lige neutrale Stellung ein, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. In diesen neutralen Stellungen des ersten Steuerventilkolbens 15 und des zweiten Steuerventilkol­ bens 16 ist die Differenz zwischen den Strömungsquerschnitten zwischen den, den Zulauf steuernden ersten und zweiten Zulauföffnungen 27 und 31 gerade aus­ reichend groß, um den Unterschied zwischen den wirksamen Kolbenflächen zwischen dem stangenseitigen Arbeitsraum 4 und dem stangenfreien Arbeits­ raum 5 zu kompensieren. Darüberhinaus weist die an dem stangenfreien Ar­ beitsraum 5 angeschlossene, den Rücklauf steuernde erste Rücklauföffnung 28 einen größeren Strömungsquerschnitt auf, als die an dem stangenseitigen Ar­ beitsraum 4 angeschlossene, den Rücklauf steuernde zweite Rücklauföffnung 32. Dadurch wird ein Ausgleich zwischen den Hydraulikkräften geschaffen, die auf die gegenüberliegenden Seiten des Arbeitskolbens 6 einwirken, so daß dieser Ar­ beitskolben 6 in Ruhe gehalten wird. Dadurch werden irgendwelche gerichtete Verzerrungen oder Kräfteschwankungen im Lenksystem, die auf den Größenun­ terschied der wirksamen Kolbenflächen zurückzuführen sind verhindert.

Sofern das Lenkrad gedreht wird, um beispielsweise eine nach rechts gerichtete Lenkeinstellung auszuführen, wird eine im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Lenkspindel 34 hervorgerufen, welche den ersten Steuerventilkolben 15 um einen solchen Betrag nach rechts verschiebt, welcher der Größe der Lenkeinstel­ lung entspricht. Zur gleichen Zeit wird der zweite Steuerventilkolben 16 nach links durch die zweite Ventilbohrung 14 um einen solchen Betrag verschoben, welcher der Größe der Lenkeinstellung entspricht. Als Folge dieser Verschiebun­ gen werden die Strömungsquerschnitte der den Zulauf steuernden ersten Zulauf­ öffnung 27 und der den Rücklauf steuernden ersten Rücklauföffnung 28 vergrö­ ßert, entsprechend der nach rechts gerichteten Verschiebung des ersten Steuer­ ventilkolbens 15; im Gegensatz dazu werden die Strömungsquerschnitte der den Zulauf steuernden zweiten Zulauföffnung 31 und der den Rücklauf steuernden zweiten Rücklauföffnung 32 mehr und mehr beschränkt, wenn der zweite Steuer­ ventilkolben 16 nach links verschoben wird. Das bedeutet, der stangenseitige Arbeitsraum 4 erhält einen größeren Arbeitsmittelzulauf aufgrund der Erhö­ hung des Strömungsquerschnittes der den Zulauf steuernden ersten Zulauföff­ nung 27. Dieser Anstieg des Arbeitsmitteldruckes im stangenseitigen Arbeits­ raum 4 wird verstärkt durch eine Verringerung des Strömungsmittelquerschnit­ tes der den Rücklauf steuernden zweiten Rücklauföffnung 32 der zweiten Ventil­ bohrung 14, die ebenfalls mit dem stangenseitigen Arbeitsraum 4 in Verbindung steht. Andererseits erhält der stangenfreie Arbeitsraum 5 einen verminderten Arbeitsmittelzulauf wegen der Verkleinerung des Strömungsquerschnittes der den Zulauf steuernden zweiten Zulauföffnung 31. Zusätzlich verliert der stan­ genfreie Arbeitsraum 5 mehr Arbeitsmittel durch die Erhöhung des Strömungs­ querschnittes der den Rücklauf steuernden ersten Rücklauföffnung 28 der ersten Ventilbohrung 13. Das bedeutet, der Arbeitsmitteldruck im stangenseitigen Ar­ beitsraum 4 übersteigt den Arbeitsmitteldruck im stangenfreien Arbeitsraum 5. Dies führt zu einer nach links gerichteten Verschiebung des Arbeitskolbens 6.

Bei einer Lenkeinstellung nach links werden die Steuerventilkolben 15 bzw. 16 in umgekehrter Richtung ausgelenkt und die Druckmittelbeaufschlagung des Ar­ beitskolbens 6 erfolgt in entgegengesetzter Richtung.

Da in der dargestellten Ausführungsform der erste Steuerventilkolben 15 und der zweite Steuerventilkolben 16 identische Größe und Form aufweisen ist es un­ möglich, dieses hydraulische Lenkventil 2 falsch zusammenzubauen. Dies er­ laubt einen schnelleren und effizienteren Zusammenbau des Lenkventils 2. Da darüber hinaus die Steuerventilkolben 15 und 16 die gleiche Größe und die glei­ che Form aufweisen, können diese Steuerventilkolben 15 und 16 einfacher und billiger hergestellt werden.

Darüber hinaus ist es bei einem Lenkventil mit der oben erläuterten Anordnung unnötig, die Steuerventilkolben im Verlauf der Herstellung für den Zusammen­ bau zu markieren. Dies vermindert die Zahl der notwendigen Arbeitsschritte zur Herstellung des Lenkventils und senkt somit die Produktionskosten.

Claims (3)

1. Lenkventil für eine Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkung mit einem Lenkzy­ linder mit einseitig am Arbeitskolben angeordneter Kolbenstange, wobei das Lenkventil folgende Teile umfaßt:

• - ein drehbares Ventilgehäuse, das über ein drehweiches Bauteil mit einer von Hand betätigbaren Lenkspindel verbunden ist,
• - eine erste und zweite, durch das Ventilgehäuse verlaufende Bohrung mit glei­ chem Durchmesser,
• - einen ersten und zweiten Steuerventilkolben, die hin- und herbewegbar in der er­ sten und zweiten Bohrung angeordnet und durch die Lenkspindel in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung zwischen Ventilgehäuse und Lenkspindel entspre­ chend dem Nachgeben des drehweichen Bauteils hin- und herbewegbar sind und übereinstimmende Steuerbundanordnungen und -abmessungen aufweisen,
• - erste und zweite Steuerkanten, die
  • - eine erste Zulauföffnung und eine erste Rücklauföffnung zwischen den ersten Steuerventilkolben und dem Innenumfang der ersten Bohrung bilden, wobei der Strömungsquerschnitt der ersten Zulauföffnung in Abhängigkeit von der Stel­ lung des ersten Steuerventilkolbens veränderbar ist, um den Arbeitsmittelzulauf zur stangenseitigen Arbeitskammer im Zylinder zu regeln, und der Strömungs­ querschnitt der ersten Rücklauföffnung in Abhängigkeit von der Stellung des er­ sten Steuerventilkolbens veränderbar ist, um den Arbeitsmittelrücklauf aus der stangenfreien Arbeitskammer zu regeln, und
  • - eine zweite Zulauföffnung und eine zweite Rücklauföffnung zwischen dem zwei­ ten Steuerventilkolben und dem Innenumfang der zweiten Bohrung bilden, wobei der Strömungsquerschnitt der zweiten Zulauföffnung in Abhängigkeit von der Stellung des zweiten Steuerventilkolbens veränderbar ist, um den Arbeitsmittel­ zulauf zur stangenfreien Arbeitskammer des Zylinders zu regeln, und der Strö­ mungsquerschnitt der zweiten Rücklauföffnung in Abhängigkeit von der Stel­ lung des zweiten Steuerventilkolbens veränderbar ist, um den Arbeitsmittel­ rücklauf aus der stangenseitigen Arbeitskammer des Zylinders zu regeln, wobei der freie Strömungsquerschnitt der ersten Zulauföffnung und der ersten Rück­ lauföffnung jeweils größer ist als der entsprechende Strömungsquerschnitt der zweiten Zulauföffnung und der zweiten Rücklauföffnung,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß sich der Strömungsquerschnitt der ersten Zulauföffnung (27) und der ersten Rücklauföffnung (28) entsprechend dem Hub der Steuerventilkolben (15, 16) da­ durch in einem größeren Maß verändert als derjenige der zweiten Zulauföffnung (31) und der zweiten Rücklauföffnung (32), daß die zugehörigen Steuerkanten (25, 26, 29, 30) in den Bohrungen (14, 15) durch das Ventilgehäuse (11) demgemäß ausgebildet sind.

2. Lenkventil für eine Kraftfahrzeug-Hilfskraftlenkung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Zulauföffnung (27, 31) und die er­ ste und zweite Rücklauföffnung (28, 32) jeweils an den Innenumfängen der beiden Bohrungen (13, 14) Steuerkanten (25, 26, 29, 30) aufweisen, deren Durchmesser je­ weils größer sind als diejenigen der zugehörigen Steuerkanten (10, 22, 23, 24) an den entsprechenden Steuerventilkolben (15, 16).