DE3739848C2 - Drehschieberventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei Hilfskraftlenkungen läßt sich der jeweils wirksame Arbeitsdruck durch auf die Lenkspindel einwirkende Reaktionskolben am Lenkhandrad spürbar machen. Im allgemeinen steigt dabei die Reaktionskraft proportional zum Druck im Arbeitszylinder an. Die sich daraus ergebende Lenkkraft addiert sich zur Verdrehkraft von zwei gegen die Wirkung eines Drehstabes elastisch gegeneinander verdrehbaren Lenkspindelteilen. Als hydraulische Reaktionskraft läßt sich auch ein in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit erzeugter Druck auf die Reaktionskolben leiten, so daß auch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ein gutes Lenkgefühl erhalten bleibt. Eine Hilfskraftlenkung mit einer solchen Rückwirkungseinrichtung ist z. B. aus der EP 01 59 687 A2 (Fig. 5) bekannt. In einem Kopfteil einer zu einer Blocklenkung gehörenden Gewindespindel sind in gleichem Winkelabstand vier Reaktionskolben geführt, die über Stahlkugeln in dachförmige Aussparungen der Lenkspindel eingreifen. Bei einer Drehbewegung am Lenkhandrad drückt der auf die Kolben geleitete fahrgeschwindigkeitsabhängige Druck die Stahlkugeln in die Aussparungen der Lenkspindel. Der Fahrer muß also eine größere Handkraft aufbringen, um die für die Druckanregelung erforderliche Relativverdrehung der beiden Drehschieberbauteile zueinander herbeizuführen. In dieser bekannten Anordnung liegt die Rückwirkungseinrichtung hinter dem Drehschieberventil, so daß die gesamte Steuereinrichtung viel axialen Bauraum benötigt.

Die DE-OS 24 34 604 zeigt eine weitere hydraulische Rückwirkungseinrichtung in Verbindung mit einer Zahnstangenlenkung. In dieser Anordnung sind als Rückwirkungskolben zwei in Bohrungen der Ventilbuchse geführte und um 180° zueinander versetzte größere Stahlkugeln vorgesehen, die ebenfalls in dachförmige Aussparungen der Lenkspindel eingreifen. Da die Stahlkugeln in den Bohrungen mit Linienberuhrung nur unzureichend abdichten, tritt ein verhältnismäßig hoher Leckölstrom auf. Die Abstimmung des Rückwirkungsdruckes ist daher problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein axial kurzbauendes Drehschieberventil mit einer präzise ansprechenden Rückwirkungseinrichtung zu finden, die mit einer sogenannten Abschneideinrichtung kombiniert ist. Mit einer solchen Abschneideinrichtung läßt sich z. B. beim Einparken die hydraulische Rückwirkungskraft auf einen Höchstwert begrenzen.

Diese Aufgabe ist durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Drehschieberventil gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten die Unteransprüche.

Nach der Erfindung sind die Rückwirkungskolben in Radialbohrungen des Drehschiebers geführt und durch Federn belastet. Die dachförmigen Schrägflächen für die Wälzkörper sind in die Ventilbuchse eingearbeitet. Die Radialbohrungen zur Aufnahme der Rückwirkungskolben sind an eine, einen veränderlichen Druck führende, konzentrische Axialbohrung angeschlossen, und diese Axialbohrung enthält ein die Rückwirkungskraft begrenzendes Abschneidventil.

Aus dieser Anordnung ergeben sich folgende Vorteile: Da die Rückwirkungseinrichtung und das Abschneidventil innerhalb des Drehschieberventils untergebracht sind, ergibt sich eine kurze Baulänge der gesamten Steuereinrichtung. Hierbei sorgen die die Rückwirkungskolben nach außen drückenden Federn für eine exakte Mittenzentrierung der beiden Drehschieberbauteile in Neutralstellung. Dadurch läßt sich ein teurer Drehstab und die hierzu benötigte große axiale Baulänge einsparen.

Nach einem Merkmal der Erfindung sind die in der Ventilbuchse vorgesehenen dachförmigen Schrägflächen für die Mittenzentrierung in die Rücklaufsteuernuten eingearbeitet. Dies hat den Vorteil, daß sich die Schrägflächen zusammen mit den Steuernuten in einer Aufspannung mit einem Werkzeug maßgenau einarbeiten lassen.

Zur Veränderung der hydraulischen Rückwirkung ist in die konzentrische Axialbohrung des Drehschiebers ein durch einen Elektromagnet verstellbarer Kolben eingesetzt, der einen Rücklaufkanal steuert. Der Elektromagnet läßt sich über ein elektronisches Steuergerät betätigen, welches verschiedene Fahrzustandsgrößen, z. B. Geschwindigkeit und Zuladung, verarbeiten und in Steuersignale umsetzen kann. In den verstellbaren Kolben kann hierbei vorteilhaft das Abschneidventil integriert sein.

Der Elektromagnet ist in einem Gehäusedeckel wartungsfreundlich und geschützt untergebracht.

Nach einem weiteren Merkmal ist an die mit den Radialbohrungen der Rückwirkungskolben verbundene Axialbohrung eine Zulaufbohrung mit einer Drossel angeschlossen. Durch diese Drossel lassen sich die Verlustströme klein halten, und man erhält eine gute Dämpfungswirkung.

Da das Drehschieberventil in einem vom Lenkgetriebe getrennten Gehäuse untergebracht ist, läßt es sich auch nachträglich an vorhandene Lenkungsgehäuse anflanschen.

Die Drehverbindung des Drehschieberventils mit dem Lenkgetriebe läßt sich in zweckmäßiger Weise durch Kreuzschlitzkupplungen herstellen. Mit diesen können Fluchtungsfehler ausgeglichen werden.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anwendung der Erfindung in einer im Längsschnitt dargestellten Zahnstangen- Hilfskraftlenkung;

Fig. 2 einen verkleinerten Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Vergrößerung des Drehschieberventils;

Fig. 4 einen verkleinerten Querschnitt durch das Drehschieberventil nach der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Drehschieberventils und

Fig. 6 ein mit der Ausführungsform nach Fig. 5 erzielbares Arbeitsdruck-Handkraft-Kennlinienfeld.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, in welcher parallel zu einer Zahnstange 1 ein Arbeitszylinder 2 angeordnet ist. Die Zahnstange 1 und ein im Arbeitszylinder 2 verschiebbarer Servokolben 3 greifen mit Verzahnungen in ein auf einer Lenkspindel 4 gelagertes Ritzel 5 ein. Das Ritzel ist mit einer Buchse 6 einteilig ausgeführt. Ein durch die Lenkspindel 4 hindurchgeführter Querbolzen 7 greift mit einem Steuerspiel in eine Bohrung 8 der Buchse 6 ein. An ein Lenkgehäuse 10 ist ein Ventilgehäuse 11 für ein aus einem Drehschieber 12 und einer Ventilbuchse 13 bestehendes Drehschieberventil angebaut. Der Drehschieber 12 hat eine Nut 14, in die zur Drehmitnahme ein Keil 15 der Lenkspindel nach Art einer Kreuzschlitzkupplung spielfrei eingreift. In ähnlicher Weise greifen an der Ventilbuchse 13 vorhandene Vorsprünge 16 in entsprechende Aussparungen 17 der Ritzelbuchse 6 spielfrei ein. Auf diese Weise ist eine Fluchtungsfehler ausgleichende Kreuzschlitzverbindung mit dem Drehschieberventil hergestellt. Das Ventilgehäuse 11 hat einen Zulaufanschluß 18 für eine Hochdruckpumpe 20, zwei Arbeitszylinderanschlüsse 21 und 21A und einen Rücklaufanschluß 23. Die Arbeitszylinderanschlüsse 21 und 21A stehen mit Druckräumen 24 bzw. 24A in Verbindung. Der Arbeitskolben 3 unterstützt die Lenkbewegung gegenläufig zur Zahnstange 1.

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß der Zulaufanschluß 18 über eine Ringnut 26 an axiale Zulaufsteuernuten, z. B. 27, der Ventilbuchse 13 angeschlossen ist. Die Zulaufsteuernuten 27 arbeiten in bekannter Weise mit axialen Steuernuten 28 und 28A im Drehschieber 12 zusammen, die über nicht sichtbare Kanäle mit Ringnuten 30 bzw. 30A der Arbeitszylinderanschlüsse 21 bzw. 21A (Fig. 1) in Verbindung treten können. Weiter sind axiale Rücklaufsteuernuten, z. B. 25, in der Ventilbuchse 13 vorgesehen, die über schräge Bohrungen 31 im Drehschieber 12 an einen Rücklaufraum 32 anschließbar sind. Der Rücklaufraum 32 hat über eine Ringnut 33 mit dem Rücklaufanschluß 23 Verbindung. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit wurden vorstehend von dem am Drehschieberventil sich insgesamt dreimal wiederholenden Steuernutensystem nur ein System mit Bezugsziffern versehen.

In sternförmig angeordneten Radialbohrungen 34 sind durch Zentrierfedern 35 belastete Rückwirkungskolben 36 eingesetzt. Die Rückwirkungskolben 36 weisen kegelförmige Ansenkungen 37 auf. In die gegenüberliegende Rücklaufsteuernut 25 der Ventilbuchse 13 sind dachförmige, durch einen Radius miteinander verbundene Schrägflächen 38 eingearbeitet. Zwischen den beiden so geschaffenen Schrägflächenprofilen sind Wälzkörper 40 eingespannt. Die Kraft der Zentrierfedern 35 bewirkt hierbei, daß das Drehschieberventil 12, 13 in der Neutralstellung mittig steht. Eine ständig an die Zulaufsteuernut 27 angeschlossene und eine Drossel 41 enthaltende Zulaufbohrung 42 hat über eine konzentrische Axialbohrung 43 mit den Radialbohrungen 34 Verbindung. Die durch die Zentrierfedern 35 und durch den Zulaufdruck auf die Rückwirkungskolben 36 ausgeübte Radialkraft wird somit beim Lenken durch die Wälzkörper 40 und die Schrägflächenprofile in eine auf den Drehschieber 12 einwirkende Umfangskraft umgewandelt. Je nach Höhe des in die Radialbohrungen 34 eingeleiteten Pumpendruckes, der wiederum von dem im Arbeitszylinder 2 benötigten Arbeitsdruck abhängig ist, läßt sich am Drehschieber 12 ein Rückstellmoment erzeugen. Der Fahrer muß also, um einen höheren Druck anzuregeln, die Lenkspindel 4 entsprechend stärker verdrehen, um so den in den Radialbohrungen 34 wirkenden Rückwirkungsdruck und die Kraft der Zentrierfedern 35 zu überwinden. Um den Rückwirkungsdruck bei höheren Lenkkräften, z. B. beim Einparken, auf einen Höchstwert zu begrenzen, enthält die konzentrische Axialbohrung 43 ein eingepreßtes Abschneidventil 44 mit einem kleinen Kolben 45. Der Kolben 45 ist durch den Rückwirkungsdruck gegen die Kraft einer den max. Abschneiddruck bestimmenden Feder 46 verschiebbar. Dabei lassen Steuerflächen 47 einen Teil des Drucköls in den Rücklaufraum 32 überströmen, bis der Reaktionsdruck wieder unter den Abschneiddruck fällt.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 enthält die konzentrische Axialbohrung 43 einen durch eine Feder 48 belasteten Kolben 50, der an einem Stößel 51 eines Elektromagnets 52 anliegt. Der Elektromagnet 52 ist leicht zugänglich in einen Gehäusedeckel 49 eingesetzt. Der Kolben 50 hat eine Ringnut 53, die über einen Kanal 54 mit dem Rücklaufraum 32 in Verbindung steht. In Abhängigkeit vom Erregerstrom des Elektromagnets 52 verschiebt sich der Kolben 50 nach links, so daß die Ringnut 53 mit einer Ringnut 55 der Zulaufbohrung 42 fortschreitend in Verbindung kommt. Dadurch verringert sich der Rückwirkungsdruck in den Radialbohrungen 34 und das an der Lenkspindel spürbare Rückstellmoment wird kleiner. Eine solche Abstimmung ist vorteilhaft, z. B. bei hoher Nutzlast und langsamer Geschwindigkeit. Hierbei ist es zweckmäßig, zur Begrenzung der Rückwirkungskraft ein Abschneidventil 44A in dem Kolben 50 vorzusehen. Mit der elektronischen Beeinflussung des Rückwirkungsdruckes lassen sich variable Kennlinienverläufe entsprechend der Fig. 6 erzielen. Zwischen Grenzkennlinien Y und Z bilden sich entsprechend der Stellung des Kolbens 50 und der Anregelstellung des Drehschieberventils beliebige, auf den jeweiligen Fahrzustand abgestimmte Kennlinien ab. Die Kennlinie Y zeigt den senkrecht ansteigenden Arbeitsdruck beim Einparken, wobei die Betätigungskraft am Lenkhandrad sehr klein bleibt. Dabei verstellt der Magnet 52 den Kolben 50 so weit nach links, bis die Nut 53 ganz geöffnet ist.

Der nach oben abknickende Verlauf der Kennlinie Z zeigt, daß bei Fahrt das Abschneidventil 44A ab einer bestimmten Handkraft öffnet und diese dann nicht mehr weiter ansteigt.

Bezugszeichenliste

 1 Zahnstange
 2 Arbeitszylinder
 3 Servokolben
 4 Lenkspindel
 5 Ritzel
 6 Buchse
 7 Querbolzen
 8 Bohrung
 9
10 Lenkungsgehäuse
11 Ventilgehäuse
12 Drehschieber
13 Ventilbuchse
14 Nut
15 Keil
16 Vor Sprünge
17 Aussparungen
18 Zulaufanschluß
19
20 Hochdruckpumpe
21, 21A Arbeitszylinderanschluß
22
23 Rücklaufanschluß
24, 24A Druckraum
25 Rücklaufsteuernut
26 Ringnut
27 Zulaufsteuernut
28, 28A Steuernut
29
30, 30A Ringnut
31 Bohrung
32 Rücklaufraum
33 Ringnut
34 Radialbohrungen
35 Zentrierfedern
36 Rückwirkungskolben
37 Kegelförmige Ansenkungen
38 Dachförmige Schrägflächen
39
40 Wälzkörper
41 Drossel
42 Zulaufbohrung
43 Konzentrische Axialbohrung
44, 44A Abschneidventil
45 Kolben
46 Feder
47 Steuerflächen
48 Feder
49 Gehäusedeckel
50 Kolben
51 Stößel
52 Elektromagnet
53 Ringnut
54 Kanal
55 Ringnut
Y Kennlinie
Z Kennlinie

Claims (8)

1. Drehschieberventil für hydraulische Hilfskraftlenkungen von Kraftfahrzeugen mit folgenden Merkmalen:

• - Das Drehschieberventil besteht aus einer Ventilbuchse, die einen Drehschieber umschließt;
• - der Drehschieber und die Ventilbuchse sind innerhalb eines Steuerweges gegen die Wirkung eines elastischen Gliedes relativ zueinander verdrehbar;
• - in die Ventilbuchse und den Drehschieber sind miteinander zusammenwirkende, längsgerichtete Steuernuten eingearbeitet;
• - zwischen dem Drehschieber und der Ventilbuchse befinden sich radial bewegliche Rückwirkungskolben;
• - die Rückwirkungskolben stützen sich über Wälzkörper an dachförmigen Schrägflächen ab;
• - auf die Rückwirkungskolben wirkt ein veränderlicher Druck, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die Rückwirkungskolben (36) sind in Radialbohrungen (34) des Drehschiebers (12) geführt und durch Zentrierfedern (35) belastet;
• - die dachförmigen Schrägflächen (38) zur Aufnahme der Wälzkörper (40) sind in die Ventilbuchse (13) eingearbeitet;
• - die Radialbohrung (34) der Rückwirkungskolben (36) sind an eine, einen veränderlichen Druck führende, konzentrische Axialbohrung (43) angeschlossen, und
• - in die konzentrische Axialbohrung (43) ist ein die Rückwirkungskraft begrenzendes Abschneidventil (44, 45) eingesetzt.

2. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dachförmigen Schrägflächen (38) in die Rücklaufsteuernuten (25) der Ventilbuchse (13) eingearbeitet sind.

3. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der hydraulischen Rückwirkung in die konzentrische Axialbohrung (43) des Drehschiebers (12) ein durch einen Elektromagnet (52) verstellbarer und einen Rücklaufkanal (53) steuernder Kolben (50) eingesetzt ist.

4. Drehschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Kolben (50) das Abschneidventil (45) enthält.

5. Drehschieberventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (52) konzentrisch zum Kolben (50) in einen Gehäusedeckel (49) eingesetzt ist.

6. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehschieber (12) eine an die konzentrische Axialbohrung (43) angeschlossene Zulaufbohrung (42) eine Drossel (41) enthält.

7. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in einem separatem Ventilgehäuse (11) am Lenkungsgehäuse (10) angeflanscht ist.

8. Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (12) über eine Kreuzschlitzkupplung (Nut 14, Keil 15) mit der Lenkspindel (4) und die Ventilbuchse (13) über eine weitere Kreuzschlitzkupplung (Klauen 16, Aussparungen 17) mit dem Antriebsritzel (5) einer Zahnstangenlenkung verbunden ist.