DE4338010A1 - Hydraulisch betätigte Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulisch betätigten Lenkein­ richtung bzw. einer sog. Speicherlenkung, bei der an die Pumpen­ förderleitung ein Druckspeicher angeschlossen ist. Wenn hier ein be­ stimmter festgelegter Druck erreicht ist, wird die Pumpe abge­ schaltet. Auf diese Weise erreicht man einen wirtschaftlichen Be­ trieb der Lenkeinrichtung. Ist die Pumpe von einem Elektromotor an­ getrieben, so wird zweckmäßigerweise ein elektrohydraulischer Druck­ schalter zur Steuerung des Elektromotors verwendet. Es können jedoch auch Speicherladeventile bekannter Bauart verwendet werden oder auch eine sog. Servotronicfunktion mit Hilfe einer Druckregelventilsteuerung in der Pumpenförderleitung bzw. der Zuleitung zur Lenkung. Zur Steuerung der Druckräume am Lenkzylinder sind bei bekannten Ein­ richtungen aufwendige Ventileinrichtungen notwendig, die unter Um­ ständen erheblich viel Platz beanspruchen und auch störanfällig sind.

Aus der EP-PS 0 192 641 ist weiterhin eine Zahnstangen-Hilfskraft­ lenkung mit einem schrägverzahnten, begrenzt axial verschiebbar in einem Lenkgehäuse gelagerten, und durch die Kraft von Federn zen­ trierbaren Ritzel bekanntgeworden. Mit den Ritzeln steht eine Zahnstange im Eingriff, außerdem ist eine Steuereinrichtung vorge­ sehen, welche durch die Axialbewegung des Ritzels betätigbar wird. Diese Steuereinrichtung weist je zwei Einlaß-Sitzventile und Aus­ laß-Sitzventile auf, die neben dem Ritzel im Bereich der axialen Er­ streckung desselben im Lenkgehäuse angeordnet sind. Eine derartige Hilfskraftlenkung ist insofern noch relativ aufwendig, als die An­ zahl der Ventile unverhältnismäßig groß ist. Damit vergrößert sich auch die Störanfälligkeit der Einrichtung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße, hydraulisch betätigte Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug nach dem Kennzeichen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie verhältnismäßig einfach baut, da sie nur zwei Einlaß-Sitzventile benötigt, die mit einem Schieber-Auslaßventil kombiniert sind. Eine besonders einfache Bauweise ergibt sich da­ durch, daß ein gemeinsamer, sternförmiger Antrieb von drei Ventil­ achsen verwirklicht ist und daß die Zylinderdruckwirkung mit kon­ stantem Verhältnis für die Sitzventile und verstellbarem Verhältnis für das Schieberventil möglich ist. Die Steuereinrichtung ist eben­ falls mit einem sog. Servotronicventil in der Zulaufleitung zum Hy­ drauliksteuergerät als verstellbares Druckminderventil darstellbar. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Lenkein­ richtung ist in Fig. 1 der Zeichnung wiedergegeben, und zwar teil­ weise in schematischer Darstellung, teilweise im Schnitt (Ventil­ steuergerät); die Fig. 2 und 3 zeigen Abwandlungen des Ausfüh­ rungsbeispiels nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Pumpe bezeichnet, die Druckmittel aus einem Behälter 11 ansaugt und dieses über eine Förderleitung 12 zum Steuergehäuse 13 der Ventilsteuereinrichtung V fördert. Das Steuerge­ häuse 13 ist als Scheibe ausgebildet und weist zwei senkrecht zu deren Längsachse und unter einem Winkel von etwa 60° zueinander­ liegende Ventilbohrungen 15 bis 17 auf, in denen Ventile angeordnet sind. In den beiden Ventilbohrungen 16, 17 ist jeweils ein Zu­ lauf-Sitzventil 18 bzw. 1g angeordnet; sie sind im folgenden nur als Sitzventile bezeichnet. Weiterhin ist im folgenden nur das Sitz­ ventil 18 näher beschrieben, da das Sitzventil 19 identisch ist bzw. es sind gleiche Teile mit einem A gekennzeichnet. Das Sitzventil 18 weist ein etwa buchsenförmiges Gehäuse 20 auf, das in die Ventil­ bohrung 16 eingesetzt ist und mit seiner inneren Schulter 22 an einem Absatz der Bohrung 21 anliegt. In der Bohrung 21 des Gehäuses 20 ist ein Ventilkörper 23 angeordnet mit einem kegeligen Schließ­ glied 24, das unter der Kraft einer Druckfeder 25 an einem Ventil­ sitz 26 anliegt, welcher durch den Rand der Bohrung 21 gebildet ist. Der Ventilkörper 23 weist einen Stößel 27 auf, der an einem An­ triebszapfen 28 anliegt. Dieser Antriebszapfen greift mit einem be­ stimmten Lenkspiel in eine Querbohrung 29 des Gehäuses 20 ein. Der Antriebszapfen 28 wird in weiter nicht detaillierter Weise von der Lenkspindel angetrieben. Dieses ist lediglich symbolisch durch eine Strecke 30 dargestellt. Die Bohrung 29 verläuft senkrecht zur Ven­ tilbohrung 16.

Zwischen Ventilkörper 25 und Stößel 23 ist eine Ringnut 32 ausge­ bildet, in welche eine die Bohrung 21 quer durchdringende Bohrung 33 mündet, an welche eine Bohrung 34 im Steuergehäuse 13 angeschlossen ist. Eine eben solche Bohrung 34A ist an das Sitzventil 19 ange­ schlossen. Die Förderleitung 12 führt zum Einlaß der Bohrung 34, ein Zweig 12A der Förderleitung führt zur Bohrung 34A. Somit sind also beide Sitzventile an die Pumpe 10 angeschlossen.

Der die Druckfeder 25 im Sitzventil 18 aufnehmende Raum 38 ist über einen Kanal 39 mit einer Ringnut 40 an der Ventilbohrung 15 ver­ bunden. Ein ebensolcher Kanal 41 geht von einer Ringnut 42 der Ven­ tilbohrung 15 aus und mündet in einem Raum 38A des Sitzventils 19, der ebenfalls eine Druckfeder aufnimmt. Der Ventilkörper 23A des Sitzventils 19 wird durch einen Antriebszapfen 46 angetrieben, welcher genauso ausgebildet und gelagert ist, wie der Antriebszapfen 28 des Sitzventils 18. Wenn die Ventilkörper 23 bzw. 23A geöffnet sind bzw. sich von ihren Ventilsitzen abgehoben haben, besteht Ver­ bindung von der Förderleitung 12 bzw. deren Zweig 12A über die Kanäle 39, 41 und das in der Ventilbohrung 15 angeordnete Schieber­ ventil 47 über an die Ringnuten 40, 42 angeschlossene Leitungen 48, 49 zu den Zylinderräumen 50, 51 des Lenkzylinders 52. Dessen doppeltwirkende Kolbenstange 53 betätigt beispielsweise die Vorder­ räder des Fahrzeugs.

Der Steuerschieber 54 des Schieberventils 47 wird ebenfalls durch einen Antriebszapfen 55 von der Lenkspindel her angetrieben. Der An­ triebszapfen liegt zu diesem Zweck an zwei Bunden 56, 57 an, wobei in diesem Bereich eine Erweiterung 59 der Ventilbohrung 15 ausge­ bildet ist. In diese Erweiterung mündet eine Bohrung 60, von der eine Rückleitung 61 zum Behälter 11 führt. Der Steuerschieber 54 weist zwei Steuerkanten 63, 64 auf, welche die Verbindung von den Ringnuten 40, 42 zur Erweiterung 59 und damit zur Rückleitung 61 steuern.

Die eingangs erwähnte Pumpe 10 ist eine Elektro-Hydropumpe, die von einem Elektromotor 67 angetrieben ist, der mit einem Schaltrelais 48 in Wirkverbindung steht, dieses wiederum mit einem Druckschalter 69, welcher an die Förderleitung 12 angeschlossen ist. An diese ist auch noch ein Druckspeicher 70 angeschlossen. Daraus ist zu erkennen, daß es sich beim Hydraulikkreis um einen Konstantdruckkreis handelt. Wenn in der Förderleitung 12 ein bestimmter Druck erreicht ist - der sogenannte Speicherladedruck - dann wird der Elektromotor 67 abge­ schaltet. Anstelle dieser Einrichtung kann auch ein übliches Speicherladeventil verwendet werden oder eine druckgeregelte Pumpe.

In Mittelstellung des Steuerschiebers 54 sind die beiden Druckräume 50, 51 des Lenkzylinders 52 mit dem Behälter 11 verbunden. Das nicht dargestellte Lenkrad 3 treibt die drei sternförmig angeordneten An­ triebszapfen 28, 46, 55 und einen Torsionsstab 72 an, welcher in die Mitte des Steuergehäuses 13 hineingreift. Der Torsionsstab 72 stützt sich auf der dem Lenkrad gegenüberliegenden Seite am Steuergehäuse 13 ab, das mit dem Lenkgetriebe und den Rädern in Verbindung steht. Entsprechend dem Lenkradmoment und den Rückstellmomenten aus Tor­ sionsstab-Rückwirkung und Rückwirkung des Zylinderdrucks 52 kommt es zwischen den Antriebszapfen und dem Steuergehäuses 13 zu einer Rela­ tivverdrehung desselben und damit zu einer Verstellung der Sitzven­ tile 18, 19 und des Schieberventils 47 (entsprechend Links- bzw. Rechtsdrehung des Lenkrads). Die Steuerfolge bei Linksdrehung ist folgende: es wird Verbindung hergestellt am Sitzventil 16 von der Bohrung 34 über den sich öffnenden Ventilkörper 23 zum Kanal 39 und damit zur Ringnut 40. Damit kann Druckmittel von der Förderleitung 12 zum Druckraum 50 am Lenkzylinder 52 fließen. Gleichzeitig wird durch entsprechende Verstellung des Steuerschiebers 54 die Ver­ bindung von der Ringnut 40 bzw. der Bohrung 54 zur Erweiterung 59 der Ventilbohrung 15 abgesperrt und damit der Rückfluß von Druck­ mittel über die Rückleitung 61 zum Behälter 11 verhindert. Damit steigt im Raum 50 der Druckmitteldruck. Gleichzeitig wird der Raum 51 über die Leitung 48, die Ringnut 42, die Erweiterung 59 und die Rückleitung 61 zum Behälter 11 entlastet.

Bei Rechtsdrehung wird durch das Sitzventil 19 Verbindung von der Förderleitung 12 bzw. dem Abzweig 12A und das sich öffnende Sitzven­ til zum Kanal 41 hergestellt und weiterhin über die Ringnut 42 und die Bohrung 48 zum Druckraum 51. Der Druckraum 50 wird wiede­ rum - ähnlich wie oben beschrieben - über den Steuerschieber 54 zum Behälter 11 entlastet.

Der Druck in den Zylinderdruckräumen 50, 51 bewirkt in den Druck­ räumen 38, 38A der Sitzventile ein kraftproportionales Rückstellmo­ ment auf die Ventilkörper. Das Zylinderdruck-Rückstellmoment am Steuerschieber 54 über Druckräume 74, 75 läßt sich durch besondere Maßnahmen abschwächen. Diese Druckräume werden beaufschlagt über Sackbohrungen und mit ihnen in Verbindung stehende, durchgehende Querbohrungen 78, 79, die mit der Schieberbohrung 15 in Verbindung stehen.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich vom vorheri­ gen lediglich dadurch, daß hier an die Förderleitung 12 ein soge­ nanntes Servotronic-Ventil 80 angeschlossen ist - es handelt sich im Prinzip um ein Druckminderventil - das im wesentlichen aus einer Elektronik 81 und dem eigentlichen Servotronic-Ventil 82 besteht. Außerdem ist noch ein elektrischer Tachometer 83 vorgesehen, welcher die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs an die Elektronik leitet. Ent­ sprechend der Fahrgeschwindigkeit wird hier der Arbeitsdruck in der Hydraulikanlage verändert und damit die Verstärkung angepaßt. Zum Beispiel wird bei höherer Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Arbeitsdruck in der Förderleitung entsprechend ab­ gesenkt.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ist das im Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1 mit 47 bezeichnete Schieberventil anders ausge­ bildet. Dieses Schieberventil trägt die Bezeichnung 85 und weist einen Steuerschieber 86 auf, welcher in der Schieberbohrung 15 - siehe Fig. 1 - geführt ist. Er wird beidseitig durch Zentrier­ federn 87, 88 in Mittelstellung gehalten. Die Zentrierfedern sind in Druckräumen 89, 90 angeordnet. Im übrigen sind gleiche Teile wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit den selben Ziffern be­ zeichnet, zum Beispiel die Ringnuten 40, 42, wobei von der Ringnut 40 ein Kanal 91 zum Druckraum 38 des Sitzventils 16 führt und ein Abzweig 91A in den Druckraum 90 mündet. Desgleichen führt vom Raum 38A am Sitzventil 17 eine Leitung 93 zur Ringnut 42 bzw. ein Abzweig 93A zum Druckraum 89 an der Schieberbohrung 15. In der Leitung 91 ist ein Druckventil 95 angeordnet, das sich in Richtung vom Raum 90 zur Ringnut 40 hin zu öffnen vermag, sowie eine parallel geschaltete Drossel 96. In ähnlicher Weise ist in der Leitung 93 ein Druckventil 97 angeordnet, das sich in Richtung vom Raum 38A zur Ringnut 42 hin zu öffnen vermag, sowie wiederum eine das Druckventil umgehende Drossel 98. Von der Erweiterung 59 der Schieberbohrung 15 führt eine Leitung 99 zu der den Torsionsstab aufnehmenden Bohrung 100.

Das den Ablauf aus den Zylinderräumen 50, 51 steuernde Schieber­ ventil 85 wird über den jeweils angesteuerten Zylinderzulauf 54 bzw. 58 ausgelenkt. Die gegenüberliegende Seite wird jeweils zum Behälter entlastet. Zur Steuerdruckerzeugung in den Räumen 89, 90 beidseits des Steuerschiebers 86 werden die eben beschriebenen Druckventile mit Drosseln verwendet, die auf der Zulaufseite einen definierten Druck zur Auslenkung des Steuerschiebers aus der federzentrierten Mitte erzeugen (Druckventilfunktion) und die gegenüberliegende Ab­ laufseite zum Tank entlastet (Drosselfunktion).

Zur Abstimmung der Verstärkung ist vorgesehen, die druckbeauf­ schlagten Rückstellflächen, die Hebellängen zum Ventilantrieb und den Torsionsstab abzustimmen. Weiterhin ist vorgesehen, die Steuer­ charakteristik durch Abstimmung der Ventilöffnungspunkte zueinander und der Ventilhübe durch Feinsteuerquerschnitte an den Ventil­ öffnungsstellen festzulegen (Justierung).

Claims (6)

1. Hydraulisch betätigte Lenkeinrichtung für ein Fahrzeug, insbe­ sondere dessen Vorderräder, mit einer beispielsweise von einem zu- und abschaltbaren Elektromotor (67) angetriebenen Hydraulikpumpe (10) und einem an deren Förderleitung (12) angeschlossenen Druck­ speicher (70), wobei die Pumpe über ein hydraulisches Steuergerat einen doppeltwirkenden Lenkzylinder (52) beaufschlagt und die Lenk­ spindel der Lenkeinrichtung Ventilsteuermittel (18, 19, 47) im Steuergerät (13) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer­ gerät (V) in einem Steuergehäuse (13) zwei Sitzventile (18, 19) und ein Schieberventil (47) für die Entlastung des Lenkzylinders (52) aufnimmt, daß die Lenkspindel mit Spiel im Steuergehäuse (13) ange­ ordnet ist und Antriebszapfen (28, 46) mindestens für die Sitzven­ tile (18, 19) betätigt, die mit Spiel im achsgleich zur Lenkspindel im Steuergehäuse ausgebildeten Bohrungen (29) liegen und daß an die Lenkspindel ein Torsionsstab (72) angeschlossen ist, der sich eben­ falls im Steuergehäuse abstützt, das mit dem Lenkgetriebe und den Rädern derartig in Verbindung steht, daß entsprechend dem Lenkrad­ moment und den Rückstellmomenten am Torsionsstab und dem Druck im Lenkzylinder zwischen den Antriebszapfen (28, 28A; 55) und dem Steuergehäuse (13) eine Relativverdrehung und damit eine Verstellung mindestens der Sitzventile erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Schieberventil (47) einen von der Lenkspindel betätigten Antriebs­ zapfen (55) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzventile (17, 18) Stößel (23, 23A) aufweisen, mit denen sie an den Antriebszapfen unter der Kraft von in den Räumen (38, 38A) angeordneten Druckfedern (25) anliegen, und daß in den Räumen der Druck der zugeordneten Zylinderräume (50, 51) herrscht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Sitzventile (17, 18) in sich in spitzen Winkel schneidenden Bohrungen (16, 17) befinden, die senkrecht zur Längsachse der Lenkspindel verlaufen, und daß sich das Schieber­ ventil (47) ebenfalls in einer in derselben Ebene ausgebildeten Bohrung (15) befindet, deren Achse die Basis eines Dreiecks bildet mit den Achsen der Sitzventile.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schieberventil von einem Druckmitteldruck ge­ steuert ist, das den die Federn der Sitzventile (18, 19) aufnehmen­ den Räumen entnommen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schieberventil einen federzentrierten Steuer­ schieber (86) aufweist und daß die die Federn aufnehmenden Räume (89, 90) wechselweise mit den die Federn der Sitzventile aufnehmen­ den Räumen (38) verbunden sind und daß in diesen Verbindungslei­ tungen Druckventile (95, 97) mit parallelgeschalteten Drosseln (96, 98) angeordnet sind.